JP2010147700A - センサー固定装置およびカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサーの放熱性能を確保しつつ、フレームに対するイメージセンサーの接着強度を高めることができるセンサー固定装置を得る。
【解決手段】センサー固定装置は、センサー実装領域２７を有するフレーム１９と、センサー実装領域に接するようにフレームに固定されたイメージセンサー１８とを備えている。フレームは、センサー実装領域に開口されてイメージセンサーの中央部と向かい合う第１の接着剤充填孔31と、第１の接着剤充填孔を取り囲むようにセンサー実装領域に開口された複数の第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとを含み、第２の接着剤充填孔は、第１の接着剤充填孔よりも小さい。第１および第２の接着剤充填孔の内部に、イメージセンサーをフレームに固定する接着剤３３が個々に充填されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＭＯＳセンサーのようなイメージセンサーを接着剤を用いてフレームに固定するセンサー固定装置に関する。さらに、本発明は、イメージセンサーが接着されたフレームを有するカメラモジュールに係り、特にイメージセンサーをフレームに固定するための構造に関する。

画像処理の高速化が求められる業務用のカラーカメラモジュールでは、その撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサーが用いられている。この種のカラーカメラモジュールは、例えば特許文献１に開示されているように、レンズユニットを支持するホルダと、このホルダが固定されたベースと、ＣＭＯＳイメージセンサーが実装された基板と、を備えている。

ＣＭＯＳイメージセンサーは、基板の表面の中央部に実装されている。基板は、その表面の外周縁部がベースに接着剤を介して固定されている。この固定により、ＣＭＯＳイメージセンサーの中心がレンズユニットの光軸上に位置するとともに、レンズユニットからＣＭＯＳイメージセンサーまでの距離が予め決められた値に保たれている。
特開２００７−１５５８００号公報

従来のカラーカメラモジュールによると、ＣＭＯＳイメージセンサーが実装された基板は、その外周縁部がベースに接着されているに止まっており、基板とベースとの間の接着面積が充分であるとは言い難い状況にある。

そのため、基板の接着強度が不足気味となり、例えばカラーカメラモジュールが外部から強い衝撃を受けた場合に、基板が動いてしまうのを否めない。この結果、ＣＭＯＳイメージセンサーの中心がレンズユニットの光軸から外れてしまい、光軸の微妙な位置調整作業を余儀なくされるといった不具合が生じてくる。

一方、ＣＭＯＳイメージセンサーは、動作中に発熱を伴うので、このＣＭＯＳイメージセンサーの熱を積極的に外部に逃して、ＣＭＯＳイメージセンサーの温度上昇を抑えることが必要不可欠となる。

しかしながら、従来のカラーカメラモジュールによると、ＣＭＯＳイメージセンサーは、単に基板の上に接着されているに止まっており、ＣＭＯＳイメージセンサーの放熱を助ける構成要素が存在しない。そのため、ＣＭＯＳイメージセンサーの熱が基板とベースとの間に籠り易くなり、ＣＭＯＳイメージセンサーの放熱性能が低下するといった問題がある。

本発明の目的は、イメージセンサーの放熱性能を確保しつつ、フレームに対するイメージセンサーの接着強度を高めることができ、イメージセンサーをフレームの定位置にしっかりと固定できるセンサー固定装置を得ることにある。

本発明の他の目的は、イメージセンサーの放熱性能を確保しつつ、フレームに対するイメージセンサーの接着強度を高めることができるカメラモジュールを得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るセンサー固定装置は、
センサー実装領域を有するフレームと、上記センサー実装領域に接するように上記フレームに固定され、動作中に発熱を伴うイメージセンサーと、を備えている。
上記フレームは、(1)上記センサー実装領域に開口されて上記イメージセンサーの中央部と向かい合う第１の接着剤充填孔と、(2)上記第１の接着剤充填孔を取り囲むように上記センサー実装領域に開口され、上記第１の接着剤充填孔よりも小さい複数の第２の接着剤充填孔と、を含んでおり、上記第１および第２の接着剤充填孔の内部に上記イメージセンサーを上記フレームに固定する接着剤が個々に充填されていることを特徴としている。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るカメラモジュールは、
レンズマウントを有するフロントカバーと、上記フロントカバーに固定され、センサー実装領域を有する金属製のフレームと、上記センサー実装領域に接するように上記フレームに固定され、動作中に発熱を伴うイメージセンサーと、を備えている。
上記フレームは、(1)上記センサー実装領域に開口されて上記イメージセンサーの中央部と向かい合う第１の接着剤充填孔と、(2)上記第１の接着剤充填孔を取り囲むように上記センサー実装領域に開口され、上記第１の接着剤充填孔よりも小さい複数の第２の接着剤充填孔と、を含んでおり、上記第１および第２の接着剤充填孔の内部に上記イメージセンサーを上記フレームに固定する接着剤が個々に充填されていることを特徴としている。

本発明によれば、イメージセンサーの放熱性能を充分に確保しつつ、イメージセンサーの接着強度を高めることができる。

以下本発明の実施の形態を、図１ないし図７にもとづいて説明する。

図１は、例えば産業用機器や業務用の画像処理装置に用いるカラーカメラモジュール１を示している。カラーカメラモジュール１は、本体ケース２、リヤカバー３およびフロントカバー４を備えている。本体ケース２は、四角い筒形に形成されている。リヤカバー４は、本体ケース２の後端開口部を塞ぐように、本体ケース２に固定されている。

フロントカバー４は、例えばアルミニウム合金のような金属材料で形成されて、充分な剛性および熱伝導性を有している。フロントカバー４は、四角い前壁５と、レンズマウント６とを備えている。前壁５は、本体ケース２の前端開口部を塞ぐように、本体ケース２に固定されている。

図２に示すように、レンズマウント６は、光軸Ｏ１を有する円筒状のレンズ８を取り付けるための構成要素であって、前壁５の前面から突出する円筒状をなしている。前壁５の前面に複数の放熱用のフィン１０が一体に形成されている。フィン１０は、レンズマウント６の周囲に位置するとともに、互いに間隔を存して並んでいる。

さらに、前壁５のうちレンズマウント６で囲まれる部分に四角い受光孔１１が形成されている。受光孔１１は、レンズマント６と反対側からフィルターガラス１２で覆われている。フィルターガラス１２は、フィルターパッキング１３を介して前壁５に保持されている。

フロントカバー４の前壁５に、センサー支持部１５が一体に形成されている。センサー支持部１５は、前壁５からレンズマウント６の反対側に向けて突出する円筒状をなすとともに、フィルターガラス１２を同軸状に取り囲んでいる。

フロントカバー４のセンサー支持部１５にセンサーモジュール１６が取り付けられている。図２ないし図５に示すように、センサーモジュール１６は、基板１７、ＣＭＯＳイメージセンサー１８およびフレーム１９を備えている。

基板１７は、センサー支持部１５の内側に収まるような大きさの矩形状をなしている。基板１７は、第１の面１７ａと、第１の面１７ａの反対側に位置する第２の面１７ｂとを有している。さらに、基板１７の中央部に図６に示すような四角い通孔２０が形成されている。通孔２０は、基板１７を厚み方向に貫通して第１の面１７ａおよび第２の面１７ｂに開口している。

図４に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサー１８は、四角い半導体パッケージで構成され、その四つの縁部に複数のアウターリード（図示せず）を有している。アウターリードは、基板１７の第１の面１７ａに半田付けされている。この半田付けにより、ＣＭＯＳイメージセンサー１８が基板１７の第１の面１７ａに固定されている。

基板１７にＣＭＯＳイメージセンサー１８を半田付けした状態では、基板１７の通孔２０がＣＭＯＳイメージセンサー１８の中央部と向かい合っている。さらに、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の基板１７とは反対側の面は、保護ガラス２１で覆われている。保護ガラス２１は、接着剤２２を介してＣＭＯＳイメージセンサー１８に固定されている。

このようなＣＭＯＳイメージセンサー１８は、例えば処理速度の高速化に伴って動作中の発熱量が多くなる傾向にある。そのため、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の適切な動作環境を維持するために、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の放熱を積極的に支援することが必要不可欠となっている。

上記フレーム１９は、例えばアルミニウム合金のような金属材料で形成されて、充分な剛性および熱伝導性を有している。フレーム１９は、第１の端部１９ａおよび第２の端部１９ｂを有する長方形の板状をなしている。第１の端部１９ａおよび第２の端部１９ｂは、フレーム１９の長軸方向に互いに離れている。

フレーム１９は、実装面２５と、実装面２５の反対側に位置する放熱面２６と、実装面２５の上に規定されたセンサー実装領域２７とを有している。センサー実装領域２７は、フレーム１９の第１の端部１９ａと第２の端部１９ｂとの間に位置している。

図３、図５および図７に示すように、フレーム１９のセンサー実装領域２７の中央部に四角い凸部２８が一体に形成されている。凸部２８は、フレーム１９の実装面２５から突出している。この凸部２８の先端は、フラットな受熱面２９となっている。受熱面２９は、実装面２５と平行であるとともに、センサー実装領域２７の中央部に位置している。

フレーム１９の中央部に、第１の接着剤充填孔３１と複数の第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが形成されている。第１の接着剤充填孔３１は、四角い開口形状を有してフレーム１９を厚み方向に貫通している。第１の接着剤充填孔３１の一端は、受熱面２９に開口されている。第１の接着剤充填孔３１の他端は、放熱面２６に開口されている。

第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、凸部２８および第１の接着剤充填孔３１の周囲に配置されている。詳しく述べると、第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、夫々第１の接着剤充填孔３１よりも小さな長方形の開口形状を有するとともに、フレーム１９を厚み方向に貫通している。

さらに、第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、凸部２８および第１の接着剤充填孔３１を取り囲むように、第１の接着剤充填孔３１の周方向に互いに間隔を存して並んでいる。第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの一端は、実装面２５に開口されている。第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの他端は、放熱面２６に開口されている。

図３に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサー１８が半田付けされた基板１７は、フレーム１９のセンサー実装領域２７の上に熱伝導性を有する接着剤３３を用いて固定されている。基板１７は、第２の面１７ｂがセンサー実装領域２７と向かい合うように、図示しない治具を用いてフレーム１９に位置合わせされている。

基板１７とフレーム１９との相対的な位置合わせが完了した時点では、フレーム１９の凸部２８が基板１７の通孔２０内に入り込んで、凸部２８の受熱面２９がＣＭＯＳイメージセンサー１８に直に接している。これにより、受熱面２９に開口する第１の接着剤充填孔３１がＣＭＯＳイメージセンサー１８の中央部と向かい合っている。それとともに、第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、凸部２８の周囲で基板１７の通孔２０に通じているとともに、この通孔２０を介してＣＭＯＳイメージセンサー１８と向かい合っている。

接着剤３３は、基板１７とフレーム１９との位置合わせが完了した後、フレーム１９の放熱面２６の方向から第１の接着剤充填孔３１および第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに注入される。

図３の（Ｂ）に示すように、第１の接着剤充填孔３１に注入された接着剤３３は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８とフレーム１９との間に跨った状態で硬化されている。同様に、第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに注入された接着剤３３は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８、基板１７およびフレーム１９に跨った状態で硬化されている。この接着剤３３の硬化により、ＣＭＯＳイメージセンサー１８がフレーム１９のセンサー実装領域２７の上に固定されている。接着剤３３は、第１の接着剤充填孔３１の放熱面２６への開口端および第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの放熱面２６への開口端を通じてセンサーモジュール１６の外に露出している。

図３ないし図５に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサー１８が実装された基板１７をフレーム１９に固定した状態では、フレーム１９の第１の端部１９ａおよび第２の端部１９ｂが基板１７の縁から突出している。フレーム１９の第１の端部１９ａおよび第２の端部１９ｂは、フロントカバー４のセンサー支持部１５の先端面に重ねられて、図示しない複数のねじを介してセンサー支持部１５に固定されている。

この固定により、基板１７がフレーム１９とフロントカバー４の前壁５との間に介在されて、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の中心とレンズ８の光軸Ｏ１とが精度よく位置合わせされている。さらに、ＣＭＯＳイメージセンサー１８を覆う保護ガラス２１がフィルターパッキング１３を間に挟んでフロントカバー４のフィルターガラス１２と向かい合っている。

このような構成のカメラモジュール１によると、ＣＭＯＳイメージセンサー１８が固定されるフレーム１９は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の中央部と向かい合う第１の接着剤充填孔３１と、この第１の接着剤充填孔３１よりも小さい第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとを有し、第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、第１の接着剤充填孔３１を取り囲むように配置されている。ＣＭＯＳイメージセンサー１８は、第１の接着剤充填孔３１および第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに個々に注入された接着剤３３によりフレーム１９のセンサー実装領域２７に固定されている。

このため、ＣＭＯＳイメージセンサー１８は、中央部とその周囲の四箇所でフレーム１９に接着されることになり、ＣＭＯＳイメージセンサー１８に対する接着剤３３の接触面積が増大する。この結果、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の接着強度を高めることができる。よって、産業用又は業務用のカラーカメラモジュール１に要求される耐衝撃性を充分に満たすことが可能となり、例えばＣＭＯＳイメージセンサー１８の中心がレンズ８の光軸Ｏ１からずれるといった不具合を解消することができる。

しかも、上記構成によると、フレーム１９の受熱面２９が基板１７の通孔２０内に入り込んでＣＭＯＳイメージセンサー１８の中央部に直に接しているので、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の熱を受熱面２９を通じて効率よくフレーム１９に逃すことができる。

特にフレーム１９は、熱伝導性に優れた金属製であるので、フレーム１９にＣＭＯＳイメージセンサー１８の熱が伝わり易くなる。それとともに、フレーム１９は、金属製のフロントカバー４に固定されているので、フレーム１９に伝えられたＣＭＯＳイメージセンサー１８の熱は、フレーム１９からフロントカバー４に拡散される。

したがって、フレーム１９およびフロントカバー４をヒートシンクとして積極的に活用することができ、その分、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の放熱性能を高めることができる。

さらに、第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、第１の接着剤充填孔３１よりも小さいとともに、第１の接着剤充填孔３１を取り囲むように互いに間隔を存して並んでいる。このため、フレーム１９のセンサー実装領域２７に孔が開くにも拘らず、センサー実装領域２７の中に熱伝導のための経路を充分に確保することができる。よって、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の熱をフレーム１９に効率よく逃すことができ、この点でもＣＭＯＳイメージセンサー１８の放熱性の向上に寄与する。

加えて、本実施の形態によると、接着剤３３は、ＣＭＯＳイメージセンサー１８の反対側に位置するフレーム１９の放熱面２６の方向から第１の接着剤充填孔３１および第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに注入される。このため、接着剤３３の注入時にＣＭＯＳイメージセンサー１８や基板１７が邪魔となることはなく、接着剤３３の注入作業を容易に行うことができる。

それとともに、接着剤３３は、第１の接着剤充填孔３１および第２の接着剤充填孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの放熱面２６への開口端を通じてセンサーモジュール１６の外から目視することができる。このため、接着剤３３が注入されているか否かを簡単に確認できるとともに、接着剤３３の注入状況および接着剤３３の硬化後の形態を容易に認識することができる。

したがって、ＣＭＯＳイメージセンサー１８をフレーム１９に固定する際の作業性が向上し、センサーモジュール１６の組立作業を効率よく確実に行えるといった利点がある。

なお、本発明は上記実施の形態に特定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施可能である。

例えば、第２の接着剤充填孔の数は四つに限らないとともに、開口形状も長方形に限らず、例えば円形あるいは円弧状に湾曲する長円形であってもよい。

さらに、イメージセンサーにしてもＣＭＯＳイメージセンサーに限らず、ＣＣＤイメージセンサーのようなその他の撮像素子であっても同様に実施可能である。

本発明の実施の形態に係るカラーカメラモジュールの斜視図。 本発明の実施の形態において、カラーカメラモジュールのフロントカバーにフレームを介してＣＭＯＳイメージセンサーを固定した状態を示す断面図。 （Ａ）は、本発明の実施の形態において、ＣＭＯＳイメージセンサーが実装された基板とフレームとの位置関係を示す平面図。（Ｂ）は、図３（Ａ）のF3-F3線に沿う断面図。 本発明の実施の形態において、ＣＭＯＳイメージセンサーが実装された基板をフレームに固定した状態を示す斜視図。 本発明の実施の形態において、第１および第２の接着剤充填口を有するフレームと基板との位置関係を示す斜視図。 本発明の実施の形態で用いる基板の斜視図。 本発明の実施の形態で用いるフレームの斜視図。

符号の説明

４…フロントカバー、６…レンズマウント、１７…基板、１８…イメージセンサー（ＣＭＯＳイメージセンサー）、１９…フレーム、２０…通孔、２７…センサー実装領域、２８…凸部、２９…受熱面、３１…第１の接着剤充填孔、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…第２の接着剤充填孔。

Claims (13)

1. センサー実装領域を有するフレームと、
   上記センサー実装領域に接するように上記フレームに固定され、動作中に発熱を伴うイメージセンサーと、具備し、
   上記フレームは、上記センサー実装領域に開口されて上記イメージセンサーの中央部と向かい合う第１の接着剤充填孔と、上記第１の接着剤充填孔を取り囲むように上記センサー実装領域に開口され、上記第１の接着剤充填孔よりも小さい複数の第２の接着剤充填孔と、を含み、
   上記第１および第２の接着剤充填孔の内部に上記イメージセンサーを上記フレームに固定する接着剤が個々に充填されていることを特徴とするセンサー固定装置。
2. 上記フレームは、上記イメージセンサーの中央部に接触する受熱面を有し、上記第１の接着剤充填孔は、上記受熱面に開口するように上記フレームに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサー固定装置。
3. 上記第２の接着剤充填孔は、上記受熱面の周囲に位置するとともに、上記第１の接着剤充填孔の周方向に互いに間隔を存して並んでいることを特徴とする請求項２に記載のセンサー固定装置。
4. 上記フレームは、上記受熱面の反対側に位置する放熱面を有し、上記第１および第２の接着剤充填孔は、上記放熱面に開口するとともに、上記接着剤は、上記第１および第２の接着剤充填孔から上記フレームの放熱面の方向に露出されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサー固定装置。
5. 上記フレームおよび上記接着剤は、夫々熱伝導性を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサー固定装置。
6. 発熱するイメージセンサーと、
   上記イメージセンサーを支持するとともに、上記イメージセンサーの中央部に対応する位置に通孔を有する基板と、
   上記基板に対し上記イメージセンサーの反対側に配置された熱伝導性を有するフレームと、を具備し、
   上記フレームは、上記基板の通孔内に入り込むとともに、上記イメージセンサーの中央部に接する受熱面を有する凸部と、上記受熱面に開口する第１の接着剤充填口と、上記第１の接着剤充填口を取り囲むように上記凸部の周囲に開口するとともに、上記第１の接着剤充填孔よりも小さい複数の第２の接着剤充填孔と、を含み、
   上記第１および第２の接着剤充填孔の内部に上記イメージセンサーを上記フレームに固定する接着剤が個々に充填されていることを特徴とするセンサー固定装置。
7. 上記第２の接着剤充填口は、上記第１の接着剤充填口の周方向に互いに間隔を存して並んでいることを特徴とする請求項６に記載のセンサー固定装置。
8. 上記第２の接着剤充填口は、上記基板の通孔を介して上記イメージセンサーと向かい合っていることを特徴とする請求項７に記載のセンサー固定装置。
9. 上記フレームは、上記受熱面の反対側に位置する放熱面を有し、上記第１および第２の接着剤充填孔は、上記放熱面に開口するとともに、上記接着剤は、上記第１および第２の接着剤充填孔から上記フレームの放熱面の方向に露出されていることを特徴とする請求項８に記載のセンサー固定装置。
10. レンズマウントを有するフロントカバーと、
    上記フロントカバーに固定され、センサー実装領域を有する金属製のフレームと、
    上記センサー実装領域に接するように上記フレームに固定され、動作中に発熱を伴うイメージセンサーと、具備し、
    上記フレームは、上記センサー実装領域に開口されて上記イメージセンサーの中央部と向かい合う第１の接着剤充填孔と、上記第１の接着剤充填孔を取り囲むように上記センサー実装領域に開口され、上記第１の接着剤充填孔よりも小さい複数の第２の接着剤充填孔と、を含み、
    上記第１および第２の接着剤充填孔の内部に上記イメージセンサーを上記フレームに固定する接着剤が個々に充填されていることを特徴とするカメラモジュール。
11. 上記イメージセンサーを支持する基板をさらに備えており、この基板は、上記フロントカバーと上記フレームとの間に介在されているとともに、上記イメージセンサーの中央部に対応する位置に通孔を有することを特徴とする請求項１０に記載のカメラモジュール。
12. 上記フレームは、上記基板の通孔内に入り込むとともに、上記イメージセンサーの中央部に接する受熱面を有する凸部を有し、上記第１の接着剤充填口は、上記受熱面に開口されていることを特徴とする請求項１１に記載のカメラモジュール。
13. 上記フレームは、上記フロントカバーの反対側に位置する放熱面を有し、上記第１および第２の接着剤充填孔は、上記放熱面に開口するとともに、上記接着剤は、上記第１および第２の接着剤充填孔から上記フレームの放熱面の方向に露出されていることを特徴とする請求項１２に記載のカメラモジュール。

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