JP2005164955A - 撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法及び撮像デバイス保持機構 - Google Patents

撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法及び撮像デバイス保持機構 Download PDF

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Abstract

【課題】 撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材とからなる撮像デバイス、その製造方法及びその製造に用いられる撮像デバイス保持機構に関し、良好な画像が得られる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法、及び撮像デバイス保持機構を提供することを課題とする。
【解決手段】 鏡筒部材53とレンズ部材61とは、レーザによる溶着で固定されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材とからなる撮像デバイス、その製造方法及びその製造に用いられる撮像デバイス保持機構に関する。
高機能化と共に小型化が進むデジタル機器では画像記録機能の利用が増加しており、これに伴い小型のカメラ部品である撮像デバイスを機器内に組み込むことが増加している。
撮像デバイスとして、例えば、図9に示す構成のものがある。(a)図は斜視図、(b)図は分解斜視図である。(a)図、(b)図において、ベース1には、筒状の樹脂の鏡筒部材3が設けられ、鏡筒部材3の内部のベース1上には、CCDやC−MOSセンサ等の撮像素子7が設けられている。更に、鏡筒部材3の内周面には、めねじ9が形成されている。
鏡筒部材3の内筒部には樹脂のレンズ部材11が配置される。レンズ部材11の内部には、撮像素子7に被写体からの光を集光する集光レンズ(図示せず)が設けられている。更に、レンズ部材11の下部の外周面には、鏡筒部材3のめねじ9に螺合可能なおねじ13が形成されている。
このような構成の撮像デバイスの組み付けは、まず、レンズ部材11を鏡筒3の内筒部に挿入し、レンズ部材11を回転させ、レンズ部材11を鏡筒部材3の軸方向に移動させることにより、焦点合わせを行なう。焦点合わせを行った後に、接着剤で鏡筒部材3とレンズ部材11とを接着し、集光レンズの固定を行う。
又、焦点合わせをレンズ部材11以外のレンズで行なう場合は、次にような方法も提案されている。例えば、図9において、めねじ9がない金属製の鏡筒部材3、おねじ13がない金属性のレンズ部材11を用い、レンズ部材11を鏡筒部材3の内筒部に挿入し、レンズ部材11と鏡筒部材3とをカシメによって固定する(例えば、特許文献1参照。)。
特開平5−181043号公報(第3頁、図2、図3参照)
接着によってレンズ部材11と鏡筒部材3とを固定する方法では、以下のような問題点がある。
(1)焦点合わせ作業後に接着剤の塗布を行い、その後完全に硬化するまでに数十分から数時間程度の時間、高温環境や紫外線環境に放置する必要があるので、接着剤の収縮によりレンズ部材11と鏡筒部材3との相対位置関係にズレが生じて焦点が狂ってしまう。
(2)レンズ部材11や鏡筒部材3の成形時に部材内部に残った残留応力の開放(アニール効果)により部材全体の変形が生じ画像に歪みが生ずる。
(3)画像不良が生じた場合には、レンズ部材11と鏡筒部材3を一旦取り外し、再度焦点合わせを行った後で接着を行うという補修方法が取られている。この方法では、鏡筒部材3からのレンズ部材11の取り外し(以下、リワークという)た後に、レンズ部材11や鏡筒部材3の表面に母材と異なる材料である接着剤が残留し、再接着した時に、接着不良を起こす場合がある。
次に、カシメによって、レンズ部材11と鏡筒部材3とを固定する方法では、以下のような問題点がある。
(1)カシメの際に大きな力がレンズに作用するので、レンズが変形したり、破損したりする。
(2)焦点合わせを行なう別のレンズが必要となり、コストが高くなる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その第1の課題は、良好な画像が得られる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法、及び撮像デバイス保持機構を提供することにある。
第2の課題は、短時間で製造できる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法、及び撮像デバイス保持機構を提供することにある。
第3の課題は、リワークしても、確実に組付けができる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決する請求項1に係る発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる鏡筒部材と、からなる撮像デバイスにおいて、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることを特徴とする撮像デバイスである。
請求項2に係る発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる鏡筒部材と、からなる撮像デバイスの製造方法において、前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なう工程と、 焦点合わせを行った後、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて1ポイント溶着する工程ととを有することを特徴とする撮像デバイスの製造方法である。
請求項3に係る発明は、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止するようにしたことを有することを特徴とする請求項2記載の撮像デバイスの製造方法である。
請求項4に係る発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる鏡筒部材と、からなる撮像デバイスを製造する際に用いる撮像デバイス保持機構において、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第1クランプ、第2クランプからなり、前記第1クランプ、第2クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、熱伝導率が他方のクランプよりよく、前記鏡筒部材の周面に面接触することを特徴とする撮像デバイス保持機構である。
請求項1〜請求項3に係る発明によれば、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることにより、レーザ光の高ピークパワー特性を生かして、レーザ照射部周囲の変形が少ない接合が可能であり、レンズ部材や鏡筒部材の変形が少なく、歪みのない良好な画像が得られる。
又、レーザによる溶着なので、短時間で製造できる。更に、リワークする際に、1ポイントの溶着とすると、取り外しが容易である。又、リワークの際、溶着部に母材と異なる材料が介在しないので、確実に組付けができる。
請求項2に係る発明によれば、 前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なった後に、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて1ポイント溶着するので、常に安定した画像を得ることができる。
請求項3に係る発明によれば、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止することにより、樹脂のレンズ部材や鏡筒部材が炭化等の材質変化することを防止できる。
請求項4に係る発明によれば、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第1クランプ、第2クランプからなり、前記第1クランプ、第2クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、前記鏡筒部材の周面に面接触することにより、溶着によって発生する熱がレーザ溶着箇所側のクランプに伝熱され、過溶着による鏡筒部材と前記レンズ部材の変形を防止でき、良好な画像を得ることができる。
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
(撮像デバイス)
最初に、本形態例の撮像デバイス50の説明を行なう。図1は形態例の撮像デバイスを示す図で、(a)図は斜視図、(b)図は分解斜視図、図2は図1の切断線A−Aでの断面構成図である。
これらの図において、ベース51には、筒状の樹脂の鏡筒部材53が設けられ、鏡筒部材53の内部のベース51上には、CCDやC−MOSセンサ等の撮像素子57が設けられている。更に、鏡筒部材53の内周面には、めねじ59が形成されている。
鏡筒部材53の内筒部には樹脂のレンズ部材61が配置される。レンズ部材61の内部には、撮像素子57に被写体からの光を集光する集光レンズ59が設けられている。更に、レンズ部材61の下部の外周面には、鏡筒部材53のめねじ59に螺合可能なおねじ63が形成されている。
このような構成の撮像デバイス50では、レンズ部材61を鏡筒部材53の内筒部に挿入し、レンズ部材61を回転させ、レンズ部材61を鏡筒部材53の軸方向に移動させることにより、焦点合わせが可能となっている。
そして、鏡筒部材53とレンズ部材61とは、レーザによる溶着で固定されている。鏡筒部材53とレンズ部材61のとの境界には、レーザ照射によって形成された1ポイントの溶着点65が形成されている。
(製造装置)
次に、図1、図2に示す構成の撮像デバイスの製造方法を説明する。まず、図3〜図5を用いて製造の際に用いる装置の説明を行う。図3は製造装置の全体構成図、図4は図3の撮像デバイス保持機構部の拡大図、図5は図3のレーザ照射機構部の拡大図である。
図3において、共通ベース101上に、撮像デバイス保持機構部103と、焦点合わせ機構部105と、レーザ照射機構部107が設けられている。更に、撮像デバイス保持機構部103の上方には、下面に焦点合わせに用いられるテストパターンが記載されたボード109が設けられている。
次に、図4を用いて撮像デバイス保持機構部103の説明を行う。撮像デバイス保持機構部103は、撮像デバイス50の鏡筒部材53の周面に当接して、鏡筒部材53を挟持する第1クランプ111と、第2クランプ113とを有している。本形態例では、第1クランプ111は固定され、第2クランプ113はエアシリンダ115により、第1クランプ111に接近/離反可能となっている。第1クランプ111には、撮像デバイス50の鏡筒部材53の周面に面接触可能な円弧状の溝111aが形成され、第2クランプ113には、撮像デバイス50の鏡筒部材53の周面に2点で接触可能な略V字形の溝113aが形成されている。そして、本形態例では、第1クランプ111、第2クランプ113の材質は、熱伝導率のよりアルミニウムとした。更に、第1クランプ111には、溶着時のレーザ照射部近傍の温度(鏡筒部材53の周面の温度)を測定する温度センサ117が設けられている。
次に、図5を用いてレーザ照射機構部107の説明を行う。レーザ発振器121で発生したレーザは、照射ユニット123から出射される。照射ユニット123は垂直方向に設けられたサブベース125上を移動可能に設けられている。更に、サブベース125は、図3に示すエアシリンダ127により、撮像デバイス保持機構部103に対して接近/離反可能となっている。
次に、図3に戻って焦点合わせ機構部105の説明を行う。焦点合わせ機構部105には、撮像デバイス50のレンズ部材61に係脱可能で、係合時にレンズ部材61を回転させるクランプ131を有している。このクランプ131はエアシリンダ133で撮像デバイス保持機構部103に保持された撮像デバイス50に対して接近/離反可能となっている。
次に、図6を用いて、製造装置の電気的構成を説明する。図において、151は、温度センサ117の温度情報、撮像デバイス50の撮像素子57からの画像データを取り込んで、レーザ照射機構部107、焦点合わせ機構部105、撮像デバイス保持機構部103の作動を制御する制御部である。この制御部151は、図3、図5の制御ユニット153内に設けられている。
次に、製造フローを示す図7を用いて、組立工程を説明する。最初に、組み付けられたベース51、撮像素子57、鏡筒部材53からなるアッセンブリを撮像デバイス保持機構部103の第1クランプ111、第2クランプ113で把持して、セットする(ステップ1)。この時、制御部151は、撮像素子57の電極からボード109のテストパターンの画像データを取り込み可能となる。
次に、集光レンズ59が組み付けられたレンズ部材61を焦点合わせ機構部105のクランプ131にセットする。レンズ部材61がセットされると、制御部151は焦点合わせ機構部105のエアシリンダ133を駆動して、クランプ131を撮像デバイス保持機構部103にセットされたベース51、撮像素子57、鏡筒部材53からなるアッセンブリ上に移動させる(ステップ2)。
次に、制御部151は焦点合わせ機構部105のクランプ131を回転させ、レンズ部材61を鏡筒部材53に螺合させ、レンズ部材61を鏡筒部材53の軸方向に移動させる(ステップ3)。制御部151は、撮像素子57からのテストパターンの画像データから、焦点合わせを行う。焦点があったならば(ステップ4)、制御部151は、レーザ照射機構部107のエアシリンダ127を駆動してレーザ照射機構部107の照射ユニット123を撮像デバイス保持機構103に保持された撮像デバイス50上に移動させ、レーザを照射して、鏡筒部材53とレンズ部材61との境界に1ポイント照射して、両者を固定する(ステップ5)。尚、ステップ5において、制御部151は温度センサ117で、溶着時のレーザ照射部近傍の温度を監視し、設定温度以上になると、レーザ照射を停止するようにしている。又、本形態例では、第1クランプ111側にレーザを照射した。
次に、制御部151は撮像素子57からのテストパターン画像データから、焦点がずれていないかを見る(ステップ6)。焦点がずれている場合、不良品なので、鏡筒部材53とレンズ部材61とを取り外して(ステップ9)、ステップ1に戻る。
ステップ6で、不良品でない場合、製造する撮像デバイス50が気密封止仕様又は強い溶着強度を要求される仕様でないならば(ステップ7)、組立を終了する。製造する撮像デバイス50が気密封止仕様又は強い溶着強度を要求される仕様ならば、制御部151は、レーザ照射機構部107を駆動して、鏡筒部材53とレンズ部材61との境界にレーザを多ポイント照射し(ステップ8)、組立を終了する。尚、ステップ8においても、制御部151は温度センサ117で、溶着時のレーザ照射部近傍の温度を監視し、設定温度以上になると、レーザ照射を停止するようにしている。
本形態例によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)鏡筒部材53とレンズ部材61とは、レーザによる溶着で固定されていることにより、レーザ光の高ピークパワー特性を生かして、レーザ照射部周囲の変形が少ない接合が可能であり、レンズ部材61や鏡筒部材53の変形が少なく、歪みのない良好な画像が得られる。
(2)レーザによる溶着なので、短時間で組立ができる。
(3)レーザによる溶着なので、リワークする際に、溶着部に母材と異なる材料が介在しないので、確実に組付けができる
(4)焦点合わせを行なった後に、鏡筒部材53とレンズ部材61とをレーザを用いて1ポイント溶着するので、常に安定した画像を得ることができる。
(4)レーザを用いて溶着する工程の際に、レーザの照射部分の温度により、レーザの照射を停止することにより、樹脂のレンズ部材61や鏡筒部材53が炭化等の材質変化することを防止できる。
(5)第1クランプ111、第2クランプ113は熱伝導率のよいアルミニウムでなることにより、溶着によって発生する熱がクランプにすばやく伝熱され、過溶着による鏡筒部材53とレンズ部材61の変形を防止でき、良好な画像を得ることができる。
(6)第1クランプ111は、鏡筒部材53の周面に面接触することにより、溶着によって発生する熱がレーザ溶着箇所側のクランプに伝熱され、過溶着による鏡筒部材53とレンズ部材61の変形を防止でき、良好な画像を得ることができる。
(7)温度センサ117で、溶着時のレーザ照射部近傍の温度を監視し、設定温度以上になると、レーザ照射を停止するようにしたことにより、樹脂でなる鏡筒部材53とレンズ部材61とが炭化等の材質変化を防止できる。
尚、本発明は、上記形態例に限定するものではない。上記形態例では、第1クランプ111に設けられる温度センサ117はレーザ照射部近傍の温度(鏡筒部材53の周面の温度)を検出するようにしたが、図8に示すように、特定の波長領域の光のみを反射し、残りの波長領域の光を透過するダイクロイックミラー215を用いれば、温度センサ217は溶着部の温度を測定することができる。213はレーザ光を集光するレンズである。
(付記1)
撮像素子が設けられたベースと、
内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
からなる撮像デバイスにおいて、
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることを特徴とする撮像デバイス。
(付記2)
前記鏡胴部材と前記レンズ部材とは、多ポイントで溶着されていることを特徴とする付記1記載の撮像デバイス。
(付記3)
撮像素子が設けられたベースと、
内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
からなる撮像デバイスの製造方法において、
前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なう工程と、
焦点合わせを行った後、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて1ポイント溶着する工程と、
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程と、
を有することを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
(付記4)
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、
前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止することを特徴とする付記3記載の撮像デバイスの製造方法。
(付記5)
撮像素子が設けられたベースと、
内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
からなる撮像デバイスを製造する際に用いる撮像デバイス保持機構において、
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、
前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第1クランプ、第2クランプからなり、
前記第1クランプ、第2クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、前記鏡筒部材の周面に面接触することを特徴とする撮像デバイス保持機構。
(付記6)
前記第1クランプ、第2クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、高熱伝導率材でなることを特徴とする付記5記載の撮像デバイス保持機構。
形態例の撮像デバイスを示す図で、(a)図は斜視図、(b)図は分解斜視図である。 図1の切断線A−Aでの断面構成図である 製造装置の全体構成図である。 図3の撮像デバイス保持機構部の拡大図である。 図3のレーザ照射機構部の拡大図である。 図3の製造装置の電気的構成を説明するブロック図である。 製造フローを示す図である。 他の形態例を説明する図である。 従来の撮像デバイスを説明する図である。
符号の説明
51 ベース
57 撮像素子
53 鏡筒部材
61 レンズ部材

Claims (4)

  1. 撮像素子が設けられたベースと、
    内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
    内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
    からなる撮像デバイスにおいて、
    前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることを特徴とする撮像デバイス。
  2. 撮像素子が設けられたベースと、
    内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
    内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
    からなる撮像デバイスの製造方法において、
    前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なう工程と、
    焦点合わせを行った後、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて1ポイント溶着する工程と、
    を有することを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
  3. 前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、
    前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止するようにしたことを有することを特徴とする請求項2記載の撮像デバイスの製造方法。
  4. 撮像素子が設けられたベースと、
    内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
    内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
    からなる撮像デバイスを製造する際に用いる撮像デバイス保持機構において、
    前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、
    前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第1クランプ、第2クランプからなり、
    前記第1クランプ、第2クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、前記鏡筒部材の周面に面接触することを特徴とする撮像デバイス保持機構。
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