JP2006106517A - カメラモジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のＵＶ接着剤による固定は、接着剤の硬化時間が長いためタクトが長くなり、接着剤を必要とするため製造コストが増大する問題がある。更に、レンズ固定部品と外側鏡筒の固定をレーザ照射による樹脂溶着する既存の方法では、レンズ固定部品上面に溶融痕が発生し、外観品質上好ましくない。また、溶融痕を小さくするためレーザ照射エネルギやスポット径を小さくすれば、溶着強度が低くなる。
【解決手段】フォーカス調整後に内側鏡筒部２と外側鏡筒部５のネジ部３，４にレーザ光を照射することにより樹脂溶着させて固定するカメラモジュールにおいて、レーザ光を照射して前記内側鏡筒部２のネジ部３と前記外側鏡筒部５のネジ部４との合わせ目６を前記繰り出し量の方向に０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下にわたって溶融して硬化８Ａさせて溶着固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラ付き携帯電話装置などに搭載される小型カメラモジュールのようにレーザ溶着工程を有するカメラモジュールの製造方法に関する。
この種のカメラモジュールは図７に示すように構成されている。
図７（ａ）に示すように、外部から入射した像を撮像素子（図示せず）へ結像させるレンズ１は、内側鏡筒部２の内周部に保持されている。内側鏡筒部２の外周部にはネジ部３が形成されている。内側鏡筒部２は、内周部に内側鏡筒部２の前記ネジ部３に螺合するネジ部４を有する外側鏡筒部５に螺合させて保持されている。
カメラモジュールのフォーカス調整は、外側鏡筒部５に対して内側鏡筒部２を回転させて内側鏡筒部２の繰り出し量を調節し、このフォーカス調整後に内側鏡筒部２と外側鏡筒部５の間をＵＶ硬化樹脂で固定するか、図７（ｂ）に示す平面図のように、内側鏡筒部２のネジ部３と外側鏡筒部５のネジ部４との合わせ目６に跨るようにレーザ光７を照射して、内側鏡筒部２と外側鏡筒部５とを溶着固定している（非特許文献１）。
レーザ光７の照射形状は、直径０．２ｍｍ程度の円形スポットに照射され、内側鏡筒部２と外側鏡筒部５の一部分８を溶融させて図７（ｃ）に示すように薄い層状（深さ：０．２ｍｍ程度）に固化させて樹脂溶着してフォーカスを固定している。回転トルク強度は約０．６〜１．４Ｎ・ｃｍ程度であった。
また、樹脂部材同士をレーザ溶着する技術は（特許文献１）のほか、多くの報告がなされているが、レーザ光に対して透明な樹脂と吸収性を示す樹脂とを重ね合わせ、透明な樹脂側からレーザ光を照射して吸収性樹脂表面を加熱し、溶着する方法が知られている。（特許文献２）には樹脂部材の間に吸収性の接着剤を介在させ、接着剤をレーザ光で加熱して樹脂部材同士を接合する方法も報告されている。
マイクロ加工フォーラム（ＦＭＪＰ２００４）講演概要集・第34頁「情報家電における精密・微細加工」松下直久・飯田 進，発行日：平成１６年７月１６日，発行所：産報出版株式会社「2004国際ウエルディングショーフォーラム運営委員会」事務局 特開昭６０−２１４９３１号公報 特開昭６２−１４２０９２号公報
従来のＵＶ接着剤による固定は、接着剤の硬化時間が長いためタクトが長くなり、接着剤を必要とするため製造コストが増大する問題がある。また、接着剤の管理が大変という問題もある。
これに対して（非特許文献１）に示されているレーザ光７の照射による溶着固定では、タクトが短く、製造コストも安価である点で量産化に適しているが、直径０．２ｍｍ程度の円形スポットのレーザ光の照射では、内側鏡筒部２と外側鏡筒部５の上面のみが溶融し、大きな溶融痕の割には溶着強度が小さい。また、外観品質上も好ましくない。さらに詳しくは、レーザ光を照射することにより生じた樹脂の溶融部分が表面の薄い層状であると、高温高湿の環境下であったり、回転方向の外部トルクや振動が生じたりした場合に、容易に樹脂溶融部分が破壊され、内側鏡筒部２の繰り出し位置が変化することによりレンズ４のフォーカス位置が変わり、画像不良が発生する恐れがある。
溶融痕を小さくするためレーザ照射エネルギやスポット径を小さくすれば、更に溶着強度が低くなるという問題が生じる。さらに、溶着固定の場合には、樹脂の凝固時の収縮によって内側鏡筒部２が偏った状態で固定されてしまう可能性がある。
本発明は、内側鏡筒部２と外側鏡筒部５の間の固定強度の向上と外観品質の向上、内側鏡筒部２と外側鏡筒部５の間の固定精度の向上を実現できるカメラモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明のカメラモジュールの製造方法は、内周部にレンズを有し外周部にネジ部が形成された内側鏡筒部を、内周部に内側鏡筒部の前記ネジ部に螺合するネジ部を有する外側鏡筒部に螺合させ、前記内側鏡筒部と前記外側鏡筒部のうちの一方に対する他方の繰り出し量を調整し、前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目にレーザ光を照射して前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目の少なくとも一方の面を前記繰り出し量の方向に０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下溶融させて硬化させることを特徴とする。
また、レーザ光を、前記外側鏡筒部に形成されたレーザ光通過用開口部から照射することを特徴とする。
また、前記ネジ部の周方向の複数個所にレーザ光を同時に照射することを特徴とする。
本発明のカメラモジュールは、内周部にレンズを有し外周部にネジ部が形成された内側鏡筒部と、内周部に内側鏡筒部の前記ネジ部に螺合するネジ部を有する外側鏡筒部とを有し、前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目の少なくとも一方の面を、前記内側鏡筒部の前記外側鏡筒部に対する繰り出し量の方向に０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下溶融させて硬化させたことを特徴とする。
また、前記外側鏡筒部に、一端が前記外側鏡筒部のネジ部で開口したレーザ光通過用開口部を設けたことを特徴とする。
また、前記レーザ光通過用開口部を、前記ネジ部の周方向の複数個所に設けたことを特徴とする。
この構成によると、前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目にレーザ光を照射して前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目の少なくとも一方の面を前記繰り出し量の方向に０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下溶融させて硬化て前記内側鏡筒部と前記外側鏡筒部を溶着固定することによって、大きな固定強度を得ることができる。
この構成によると、レーザ光を、前記外側鏡筒部に形成されたレーザ光通過用開口部から照射することによって、鏡筒上面に溶融跡が出ないようできる。
この構成によると、前記ネジ部の周方向の複数個所にレーザ光を同時に照射することによって、レーザ溶着時の鏡筒部分の位置変化が少なくなり、精度の高い固定方法を得ることが可能となる。
以下、本発明の各製造方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
なお、従来例を示す図７と同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２は本発明のカメラモジュールの製造方法の（実施の形態１）を示す。
図１（ａ）に示す内側鏡筒部２と外側鏡筒部５は、ともに熱可塑性樹脂であるポリカーボネイトより構成されている。外側鏡筒部５に対して内側鏡筒部２を回転させて内側鏡筒部２の繰り出し量を調節したフォーカス調整後に、図２に示す平面図のように、内側鏡筒部２のネジ部３と外側鏡筒部５のネジ部４との合わせ目６に跨るようにレーザ光７Ａを照射して、内側鏡筒部２と外側鏡筒部５とを溶着固定する。
このときのレーザ光７Ａの加工条件は、出力が０．２〜１．５Ｗであり、照射時間が０．５〜１０秒の範囲であった。レーザ光７Ａの照射形状は、前記ネジ部３，４の周方向に沿う約０．７ｍｍ×０．１ｍｍのライン状の形状とした。
この加工条件で溶着固定することによって、レーザ光７Ａによる溶融固化部分８Ａは、図１（ｂ）に示すように溶け込みの深さ（内側鏡筒部２の繰り出し方向）はおよそ０．５ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下となった。
このように樹脂が溶融固化することによって溶融固化部分８Ａの前記ネジ部３，４の形状が変化し、ネジとしての機能が失われる。また、樹脂が溶着されるためより強固な回転抑止力となる。このときの回転方向のトルク強度は、６〜２０Ｎ・ｃｍの値が得られた。比較のため、従来のＵＶ接着剤による固定（固定箇所は２箇所）のトルク強度を測定したところ、３〜５Ｎ・ｃｍであった。従って、レーザ光を照射する樹脂溶着による固定が、従来のＵＶ接着剤による固定よりも高いトルク強度が得られることが確認できた。
このように、レーザ光７Ａの照射形状がライン状であり、そのラインの方向が内側鏡筒部２と外側鏡筒部５のネジ部３，４の合わせ目６に沿うようにレーザ光を照射するカメラモジュール製造方法である。レーザ光の照射形状がスポット（円形）状の場合、ネジ部３，４に所望の溶融深さを得ようとすると溶融面積が非常に大きくなり、樹脂の溶融が内側鏡筒部２のレンズ１の近傍の端面２ａに起きて外観品質が著しく低下してしまう。これを避けようとすると、内側鏡筒部２が大きくなってしまい、カメラモジュールの小型化が不可能となってしまう。レーザ光７Ａの照射形状がライン状であり、そのラインの方向が内側鏡筒部２と外側鏡筒部５のネジ部３，４の合わせ目６に沿うようにレーザ光照射することにより、樹脂の溶融部分が内側鏡筒部２の端面の内側へ拡がらずに、深く溶融することが可能となる。さらに、レーザ照射部分が全て合わせ目６の前記ネジ部３，４の近傍の樹脂の溶融に関わるため、レーザの出力を抑えることが出来、装置コストの低減やレーザ発振器の長寿命化も可能となる。
レーザ光の照射にファイバを用いた場合、照射形状がスポット状となる。レーザ光がファイバを通過後、シリンドリカルレンズ等を用いて複雑な光学系によりライン状の照射形状を成形すると、照射ヘッドが大きく且つ重くなり、ヘッドが移動して複数の照射を行うときに、装置が大きく且つ重くなって慣性力が大きくなり、照射位置の精度が低下する要因となる。さらに、光学系と装置が大きくなる分コストも増大する。従って、ライン状の発光形状を単純な光学系で結像する、ファイバ無し光学系によるレーザ照射が好ましい。
また、レーザ光７Ａによる固定箇所を図２に示すように１８０°の角度の２箇所にした場合には、周方向の一個所だけをレーザ光７Ａによって固定する場合に比べて、樹脂の凝固時の収縮によって内側鏡筒部２の位置の片寄りも低減された。
さらに、加工条件を次のように変更して加工結果を比較した。
加工条件を、図２に示すレーザ光７Ａの照射形状が約０．４７×０．１５ｍｍ、約０．３５×０．２ｍｍ、約０．２８×０．２５ｍｍであること以外は、（実施の形態１）に示す内側鏡筒部２と外側鏡筒部５がともにポリカーボネイトより構成されているカメラモジュールに、同様にレーザ溶着を行った。何れの場合も、溶融固化部分８Ａの溶け込みの深さはおよそ０．５ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下となった。このときの回転方向のトルク強度は、５〜２０Ｎ・ｃｍの値が得られた。さらに詳しくは照射形状が約０．４７×０．１５ｍｍ、約０．３５×０．２ｍｍ、約０．２８×０．２５ｍｍの順でトルク強度が低くなる傾向であった。
これはレーザ光７Ａの照射形状が、前記ネジ部３，４の周方向に沿う長辺側の長さが短くなるほど、ネジ部３，４に対する溶融固化部分８Ａの断面積が小さくなるためである。以上の結果より、照射形状のうち長辺側の長さは短辺側の長さと比較して大きい方がより好ましいことがわかった。
なお、上記の内側鏡筒部２と外側鏡筒部５はともに熱可塑性樹脂であるポリカーボネイトより構成した場合を説明したが、レーザ光７Ａの照射によって内側鏡筒部２と外側鏡筒部５の一方だけが溶融固化する場合にも同様に実施できる。具体的には、図１（ｃ）に示すように内側鏡筒部２を熱可塑性樹脂であるポリカーボネイトより構成し、外側鏡筒部５に通常の樹脂よりも融点の高い金属やセラミックスなどを使用した場合である。このときの加工条件は、レーザ光５の出力は０．２〜１．５Ｗであり、照射時間は０．５〜１０秒の範囲であった。レーザ光７Ａの照射形状は、約０．７ｍｍ×０．１ｍｍのライン状の形状とした。
このとき、レーザ光５による溶融部分は、溶け込みの深さはおよそ０．５ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下となった。このとき、溶融した樹脂は、外側鏡筒２１のネジ山の隙間を埋める形で凝固するため、ネジとしての機能が失われ、レンズ固定部品１の回転抑止力となる。このときの回転方向のトルク強度は、５〜１５Ｎ・ｃｍの値が得られた。
本実施の形態では、樹脂材料としてポリカーボネイトを用いたが、ガラス繊維の入ったものやポリフタルアミド等の他の熱可塑性樹脂を用いても、同様の効果が得られる。
（実施の形態２）
図３と図４は本発明のカメラモジュールの製造方法の（実施の形態２）を示す。
この（実施の形態２）の外側鏡筒部５の端面５ａには、一端が前記外側鏡筒部５のネジ部で開口し、他端が外側鏡筒部５の端面５ａで開口したレーザ光通過用開口部９ａ，９ｂが、１８０°の位相差で形成されている。その他は（実施の形態１）と同じ形状、材料の部品を使用した。
内側鏡筒部２と外側鏡筒部５はともにポリカーボネイトより構成されている。
前記フォーカス調整をした後のレーザ光の照射の際には、レーザ光の照射形状は、約０．７×０．１ｍｍのライン状の形状とした。このレーザ光７Ａを、垂直軸に対して３５°±５°の角度で外側鏡筒部５の斜め上方から、深さ１ｍｍ、幅２ｍｍの前記レーザ光通過用開口部９ａ，９ｂを通過させて同時に照射し、内側鏡筒部２のネジ部３と外側鏡筒部５のネジ部５との合わせ目６の、周方向２個所を溶融して硬化させた。溶け込みの深さはおよそ０．５ｍｍ以上で３．０ｍｍ以下となった。
このときの加工条件は、レーザ光５の出力は０．２〜１．５Ｗであり、照射時間は０．５〜１０秒の範囲であった。このように樹脂が溶融することによってネジ部３，４が溶融し、ネジとしての機能が失われる。また、樹脂が溶着されるためより強固な回転抑止力となる。
このようにレーザ光通過用開口部９ａ，９ｂを通過させてレーザ光を合わせ目６にレーザ光７Ａを照射することにより、内側鏡筒部２の端面２ａに溶融痕が発生しないため、外観品質の良好なカメラモジュールとなる。さらに詳しくは、レーザ光通過用開口部９ａ，９ｂを通過させてレーザ光を外側鏡筒部５の斜め上方より入射させることで、レーザ照射部を内側鏡筒部２の端面２ａより下方へ離すことができ、外観品質の問題より樹脂の溶融が内側鏡筒部２の端面２ａに起きないものである。
また、このカメラモジュールのトルク強度を測定したところ、８〜２０Ｎ・ｃｍであった。従来のＵＶ接着剤による固定（固定箇所は２箇所）のトルク強度を測定したところ３〜５Ｎ・ｃｍであるため、従来のＵＶ接着剤と比較して、外観品質が良好で且つトルク強度の高い固定が得られた。また、ＵＶ接着剤の硬化時間１５秒に対して２／３以下のレーザ照射時間で固定が可能なため、タクトの短い低コストのカメラモジュールの供給が可能である。
さらに、照射位置が軸対称で複数箇所あると溶着強度が上記のように極端に向上し、高温度下での使用や振動等の使用環境に対する耐性向上が可能となる。レーザ光通過用開口部９ａ，９ｂが１８０°対角に配置されたカメラモジュールの場合、上記理由により溶着強度が高く且つレーザ出射口が１列に配置されるため、機種切り替えが照射位置の間隔を調整するだけで簡単に行え、機種切り替え時間の短縮が可能であり、照射位置の管理も容易である。
なお、レーザ光７Ａの照射面積、パワー、照射時間、照射角度等の照射条件は、樹脂材料、内側鏡筒部２の大きさに依存し、必要な溶着強度が得られるように任意に設定可能である。また、レーザ光通過用開口部９ａ，９ｂの大きさを深さ１ｍｍ、幅２ｍｍとしているが、内側鏡筒部２の端面２ａに溶融痕が発生しない深さであれば、特に規定は無い。
本実施の形態では、樹脂材料としてポリカーボネイトを用いたが、ガラス繊維の入ったものやポリフタルアミド等の他の熱可塑性樹脂を用いても、同様の効果が得られる。内側鏡筒部２と外側鏡筒部５のうちの一方が通常の樹脂よりも融点の高い金属やセラミックスなどを使用した場合も同様に実施できる。
上記のように１８０°対角に配置されているレーザ光通過用開口部９ａ，９ｂのうちの一方のレーザ光通過用開口部９ａからレーザ光を照射してレーザ溶着した後に、もう一方のレーザ光通過用開口部９ｂからレーザ光を続けて照射してレーザ溶着してカメラモジュールを作製し、同様に溶着強度を測定したところ、６〜１０．０Ｎ・ｃｍであった。
この同時照射の場合には、樹脂の凝固時の収縮による内側鏡筒部２の位置の片寄りも低減された。これより、レーザ光を同時に照射する方が、より溶着強度が向上することが分かった。
（実施の形態３）
図５と図６は本発明のカメラモジュールの製造方法の（実施の形態３）を示す。
図５に示す３箇所のレーザ光通過用開口部９ａ，９ｂ，９ｃの位置が、１２０°均等配置であること以外は（実施の形態２）と同様にレーザ光通過用開口部９ａ，９ｂ，９ｃから３箇所同時にレーザ溶着を行った。このときの溶着強度は１２〜２０Ｎ・ｃｍであった。
図６に示すように、３箇所のレーザ光通過用開口部９ａ，９ｂ，９ｃの配置が１００°，１００°，１６０°であること以外は上記と同様に３箇所同時にレーザ溶着を行った。このときの溶着強度は１０〜１５Ｎ・ｃｍであった。
これらのことより、レーザ光通過用開口部の数が増加するに従い徐々に溶着強度が高くなることが分かる。また、同じレーザ光通過用開口部の数であっても、均等またはほぼ均等の角度でレーザ光通過用開口部を設けた方が溶着強度が高いことが分かる。
本実施の形態では、開口部は３箇所の場合を示しているが、４，５，６箇所と開口部の数が増加しても同様の効果が得られる。
レーザ光を同時に照射せずに順序だてて照射すると、最初のレーザ光の照射で樹脂部分の凝固収縮が起こり、ネジ部の隙間の分だけレーザ光の照射部分の側に内側鏡筒部２が移動する。その後に別な照射位置にレーザ光を照射しても、内側鏡筒部２は最初のレーザ光の照射による樹脂溶着で固定されているため動かない。このように外側鏡筒部５に対して内側鏡筒部２が傾いた状態で固定されると、フォーカス位置が変化したりレンズが傾くことによる画像不良が発生する恐れがある。レーザ光を同時に照射することにより、上記不良の発生を抑制できる。また、溶着強度も隙間が全周方向に対して等間隔であるときが最も高い。
本発明は、カメラモジュールの生産性の改善とフォーカス性能の向上に寄与することができ、カメラ付き携帯電話装置などのカメラ性能の向上を実現できる。
本発明のカメラモジュールの製造方法の（実施の形態１）における製造過程のカメラモジュールの縦断面図 同実施の形態においてレーザ光の照射状態を示すカメラモジュールの平面図 本発明のカメラモジュールの製造方法の（実施の形態２）におけるレーザ光の照射状態のカメラモジュールの縦断面図 同実施の形態においてレーザ光の照射状態（１８０°対角）を示すカメラモジュールの平面図 本発明のカメラモジュールの製造方法の（実施の形態３）におけるレーザ光の照射状態（１２０°均等）を示すカメラモジュールの平面図 同実施の形態においてレーザ光の照射状態（１００°、１００°、１６０°）を示すカメラモジュールの平面図 従来のカメラモジュールにおける加工断面図と平面図
符号の説明
１ レンズ
２ 内側鏡筒部
２ａ 内側鏡筒部２の端面
５ 外側鏡筒部
５ａ 外側鏡筒部５の端面
３ 内側鏡筒部２のネジ部
４ 外側鏡筒部５のネジ部
６ ネジ部３，４の合わせ目
７Ａ レーザ光
８Ａ レーザ光７Ａによる溶融固化部分
９ａ，９ｂ，９ｃ レーザ光通過用開口部

Claims (6)

  1. 内周部にレンズを有し外周部にネジ部が形成された内側鏡筒部を、内周部に内側鏡筒部の前記ネジ部に螺合するネジ部を有する外側鏡筒部に螺合させ、前記内側鏡筒部と前記外側鏡筒部のうちの一方に対する他方の繰り出し量を調整し、前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目にレーザ光を照射して前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目の少なくとも一方の面を前記繰り出し量の方向に０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下溶融させて硬化させる
    カメラモジュールの製造方法。
  2. レーザ光を、前記外側鏡筒部に形成されたレーザ光通過用開口部から照射する
    請求項１記載のカメラモジュールの製造方法。
  3. 前記ネジ部の周方向の複数個所にレーザ光を同時に照射する
    請求項１または請求項２に記載のカメラモジュールの製造方法。
  4. 内周部にレンズを有し外周部にネジ部が形成された内側鏡筒部と、
    内周部に内側鏡筒部の前記ネジ部に螺合するネジ部を有する外側鏡筒部と
    を有し、前記内側鏡筒部のネジ部と前記外側鏡筒部のネジ部との合わせ目の少なくとも一方の面を、前記内側鏡筒部の前記外側鏡筒部に対する繰り出し量の方向に０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下溶融させて硬化させた
    カメラモジュール。
  5. 前記外側鏡筒部に、一端が前記外側鏡筒部のネジ部で開口したレーザ光通過用開口部を設けた
    請求項４記載のカメラモジュール。
  6. 前記レーザ光通過用開口部を、前記ネジ部の周方向の複数個所に設けた
    請求項５に記載のカメラモジュール。
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