JP2022057125A - カメラモジュールおよび車載カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学レンズと撮像素子との位置関係を高精度に保って固定することができない。【解決手段】光学レンズを内部に保持する保持部材と、撮像素子を配置した基板と、前記保持部材の底面側と前記基板とを固定する、光硬化剤を含む固定材と、を備え、前記保持部材の前記底面側の外周面に、前記保持部材の前記底面側から先端側に向かう縦長の溝を形成したカメラモジュール。【選択図】図２

Description

本発明は、カメラモジュールおよび車載カメラ装置に関する。

カメラモジュールは車載カメラ装置など様々な機器に搭載されるようになった。このようなカメラモジュールは、撮影品質が損なわれないように、光学レンズと撮像素子との位置関係を保って正確に固定する必要がある。

特許文献１には、レンズを保持する台座マウントであって、ＦＰＣ基板に固着される外周リブにその長手方向に対して直角な方向の溝部を複数形成し、台座マウントとＦＰＣ基板の間の接着面積を増加させて、接着強度を高めることが記載されている。

特開２００７-３００４２８号公報

特許文献１に記載された構成では、光学レンズと撮像素子との位置関係を高精度に保って固定することができない。

本発明によるカメラモジュールは、光学レンズを内部に保持する保持部材と、撮像素子を配置した基板と、前記保持部材の底面側と前記基板とを固定する、光硬化剤を含む固定材と、を備え、前記保持部材の前記底面側の外周面に、前記保持部材の前記底面側から先端側に向かう縦長の溝を形成した。

本発明によれば、光学レンズと撮像素子との位置関係を高精度に保って固定することができる。

カメラモジュールの斜視図である。 筐体を含むカメラモジュールの縦断面図である。 カメラモジュールの製造工程を示す図である。 比較例１におけるカメラモジュールの縦断面図である。 第１の実施形態におけるカメラモジュールの縦断面図である。 第２の実施形態におけるカメラモジュールの縦断面図である。 第２の実施形態におけるカメラモジュールの縦断面図であり、固定材の硬化収縮力を説明する図である。 比較例２におけるカメラモジュールの縦断面図である。 第３の実施形態におけるカメラモジュールの横断面図である。 カメラ装置の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

［第１の実施形態]
図１は、カメラモジュール１０００の斜視図である。
カメラモジュール１０００は、光学レンズ１１１０（後述の図２参照）を内部に保持する保持部材１１２０と、撮像素子１１３０（後述の図２参照）を配置した基板１１４０と、保持部材１１２０の底面側と基板１１４０とを固定する固定材１１５０とを備える。

保持部材１１２０の底面側の外周面１１２４には、保持部材１１２０の底面側から先端側に向かう縦長の複数本の溝１１２５が形成されている。溝１１２５が形成される外周面１１２４は保持部材１１２０の対向する面である。なお、本実施形態では保持部材１１２０の対向する外周面１１２４である２面にそれぞれ溝１１２５を形成する例で説明するが、保持部材１１２０の全ての外周面１１２４である４面にそれぞれ溝１１２５を形成してもよい。保持部材１１２０は、底面側は立方体形状であり、先端側は円筒形状であり、内部は連続した空間を形成している。なお、保持部材１１２０の底面側は立方体形状の例で説明するが、円筒形状であってもよい。円筒形状の場合は、溝１１２５は円筒の１８０度に位置する２か所の外周面、もしくは円筒の９０度に位置する４か所の外周面に形成する。

固定材１１５０は、光硬化剤および熱硬化剤を含有し、保持部材１１２０の底面側と基板１１４０との間に塗布されると共に溝１１２５に浸透され、保持部材１１２０と基板１１４０とを位置決めした後に、光照射処理および加熱処理により硬化される。なお、固定材１１５０は、少なくとも光硬化剤を含有し、加熱処理によらず光照射処理によって硬化させてもよい。

カメラモジュール１０００には、筐体２０００が矢印Ａ方向より装着され、カメラモジュール１０００の各部材を覆うことにより各部材を保護すると共に、カメラモジュール１０００を図示省略した機器に固定する。

図２は、筐体２０００を含むカメラモジュール１０００の縦断面図である。
保持部材１１２０は、円筒形状の内部に光学レンズ１１１０を固定し、これを保持する。基板１１４０上には撮像素子１１３０が配置される。保持部材１１２０の立方形状の底面１１２１は、固定材１１５０と接し、固定材１１５０により基板１１４０に固定される。保持部材１１２０と基板１１４０との固定は、光学レンズ１１１０の光軸Ｐが、撮像素子１１３０の撮像面に対して略垂直で、光学レンズ１１１０の焦点が撮像素子１１３０に概ね一致した状態で固定される。

保持部材１１２０の底面側の外周面１１２４には、溝１１２５が形成される。この溝１１２５は、保持部材１１２０の底面側に開放し、光学レンズ１１１０の光軸Ｐに沿って縦長に形成される。

固定材１１５０は、光エネルギーの照射によって活性化して硬化反応を誘発する光硬化剤を含む材料であり、製造時には融液状態で基板１１４０上に塗布される。この時、融液状態の固定材１１５０は、毛細管現象により溝１１２５の内部に浸透し、溝１１２５に沿って先端側へ浸透する。そして、保持部材１１２０と基板１１４０との固定位置が定まった状態で外界から光エネルギーを照射することで固定材１１５０を硬化し、保持部材１１２０と基板１１４０とを固定する。

そして、保持部材１１２０と基板１１４０とを固定したカメラモジュール１０００に筐体２０００を装着する。これにより、カメラモジュール１０００は、光学レンズ１１１０からの光学情報を撮像素子１１３０へ結像して画像を得る。

図３は、カメラモジュール１０００の製造工程を示す図である。図３（Ａ）は、固定材１１５０の塗布工程を、図３（Ｂ）は、固定材１１５０の硬化工程を示す。
図３（Ａ）に示すように、固定材１１５０の塗布工程では、撮像素子１１３０の周囲であって、保持部材１１２０の底面１１２１の位置に合わせて基板１１４０上に融液状態の固定材１１５０を塗布する。

次に、図３（Ｂ）に示す、固定材１１５０の硬化工程では、保持部材１１２０を基板１１４０に固定する。ここで、光学レンズ１１０と撮像素子１１３０の位置関係を光軸Ｐに合わせて調整し、調整した位置において融液状態である固定材１１５０に光照射して、固定材１１５０を固化する。すなわちアクティブアライメントプロセスを用いる。

図４は、比較例１におけるカメラモジュール１０００’の縦断面図であり、本実施形態を適用しない場合の例を示す。
図４に示す比較例１では、保持部材１１２０の底面側の外周面１１２４には、溝は形成されていない。したがって、固定材１１５０は保持部材１１２０の底面１１２１近傍のみに浸透される。すなわち、保持部材１１２０の外側の周囲には固定材１１５０ａが、保持部材１１２０の内側（撮像素子側）の周囲には固定材１１５０ｂがほぼ同じ高さに浸透される。

カメラモジュール１０００’は、光学レンズ１１１０の光軸Ｐが撮像素子１１３０の撮像面に対して垂直で、光学レンズ１１１０の焦点位置が撮像素子１１３０の撮像面と一致するような、光学レンズ１１１０と撮像素子１１３０の位置関係が理想的である。

このような位置関係を達成するため、カメラモジュール１０００’の製造時に、光学レンズ１１１０と撮像素子１１３０の位置関係を調整し、調整位置において融液状態であった固定材１１５０を固化する、所謂アクティブアライメントプロセスを用いることで、所望の光学性能を得る。

このアクティブアライメントプロセスでは、光学レンズ１１１０と撮像素子１１３０が既に組立てられた状態で、外界から固定材１１５０に光を照射しなければならないが、光を照射できるのは保持部材１１２０の外側にはみ出した固定材１１５０ａのみであり、保持部材１１２０の内側（撮像素子側）の固定材１１５０ｂには光が当たらない陰となるため、固定材１１５０ｂは未硬化状態になり十分な接着強度を得られない可能性がある。

図５は、本実施形態におけるカメラモジュール１０００の縦断面図である。
図５に示すように、本実施形態では保持部材１１２０の底面側の外周面１１２４に溝１１２５を形成している。この溝１１２５は、図１、図２を参照して既に説明したように、保持部材１１２０の底面側に開放し、光学レンズ１１１０の光軸Ｐに沿って縦長に形成されている。

溝１１２５は、保持部材１１２０の底面側が開放されているので、融液状態の固定材１１５０が毛細管現象により溝１１２５の内部に浸透しやすい効果がある。なお、溝１１２５は、保持部材１１２０の底面側が開放されていなくても、融液状態の固定材１１５０が毛細管現象により溝１１２５の内部に浸透できればよい。
また、溝１１２５は、光学レンズ１１１０の光軸Ｐに沿って保持部材１１２０の先端側に向けて縦長に形成されているので、固定材１１５０の硬化収縮力による光学レンズ１１１０の光軸Ｐへの影響を軽減できる効果がある。なお、溝１１２５は、必ずしも光学レンズ１１１０の光軸Ｐに沿っていなくても、保持部材１１２０の先端側に向けて縦長に形成されていればよい。

図５に示す本実施形態では、固定材１１５０が毛細管現象により溝１１２５の内部に吸引され、溝１１２５に沿って先端側へ浸透する。図４の比較例１に示した溝１１２５がない構造に比べて保持部材１１２０の外周面１１２４に接触する面積が増加する。そのため、溝１１２５の内部に浸透した固定材１１５０ａは、外界から光を照射する際に、陰にならない位置に存在しており、光照射処理によって広い範囲で容易に硬化することができ、接着強度が向上する。さらに、固定材１１５０ａが保持部材１１２０の外周面１１２４と接触する面積が広いため、短時間の光照射処理であっても十分な接着強度を得ることができる。

固定材１１５０の硬化後においては、保持部材１１２０の内側に塗布されて存在する固定材１１５０ｂは、保持部材１１２０の外側に塗布されて存在する固定材１１５０ａに比べて、光硬化剤の濃度が必然的に高くなる。保持部材１１２０の外側の固定材１１５０ａによって、十分な接着強度を得ることができる。

固定材１１５０は、光硬化剤および熱硬化剤を含有する。光照射処理によって固定材１１５０ａを硬化するが、保持部材１１２０の内側（撮像素子側）の固定材１１５０ｂには光が十分に当たらず未硬化状態になる可能性がある。そこで、カメラモジュール１０００に、アクティブアライメントプロセスにおいて、熱処理を施すことにより、熱硬化剤を含有する固定材１１５０を硬化させて接着強度をより向上させる。

また、溝１１２５は、保持部材１１２０の対向する一方の外周面１１２４と対向する他方の外周面１１２４にそれぞれ設けているので、固定材１１５０の硬化収縮力が両面で均等に作用する。よって、光学レンズ１１１０の光軸Ｐずれを防止できカメラモジュール１０００の精度を高度化できる。

本実施形態によれば、アクティブアライメントプロセスによってカメラモジュール１０００を製造する際に、外部からの光照射によって固定材１１５０を効率的に硬化することができ、カメラモジュール１０００の高強度化および高精度化に寄与できる。

［第２の実施形態]
第２の実施形態について図６から図８を参照して説明する。
なお、第１の実施形態に記載し、本実施形態に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施形態にも適用される。

図６は、本実施形態におけるカメラモジュール１００１の縦断面図である。本実施形態では、溝１１２５の深さが保持部材１１２０の底面側に比べて、先端側が浅く形成されている。その他の構成は第１の実施形態で説明した図１、図２、図３、図５と同様であり、同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、保持部材１１２０の底面側の外周面１１２４に形成された溝１１２５は、底面側の深さＤ１に比べて、先端側の深さＤ２が浅くなっている。この場合の固定材１１５０の硬化収縮力について、図７を参照して説明する。

図７は、本実施形態におけるカメラモジュール１００１の縦断面図であり、図６と同じ図であるが、固定材１１５０の硬化収縮力を説明するための図である。
図７では、固定材１１５０の硬化収縮力Ｑ１、Ｑ２を模式的に矢印で示す。固定材１１５０の硬化収縮力Ｑ１は、溝１１２５が形成されている保持部材１１２０の対向する一方の外周面１１２４における硬化収縮力を、硬化収縮力Ｑ２は、保持部材１１２０の対向する他方の外周面１１２４における硬化収縮力を示す。

溝１１２５の深さが保持部材１１２０の底面側に比べて、先端側が浅く形成されているので、固定材１１５０は溝１１２５の底面側のよりも先端側に少なく浸透し、固定材１１５０の量は溝１１２５の底面側のよりも先端側が少ない。そのため、固定材１１５０の硬化収縮力Ｑ１、Ｑ２は、溝１１２５の底面側のよりも先端側が小さくなる。図８の比較例２を参照して以下に述べるように、先端側の溝１１２５の固定材１１５０の量が多い場合は、対向する面における硬化収縮力の不均衡によるモーメントで光学レンズ１１１０の光軸Ｐのずれに最も寄与すると考えられる。本実施形態では、先端側の溝１１２５での固定材１１５０の量を少なくできるため、仮に固定材１１５０の塗布量にばらつきがあったとしても、先端側の溝１１２５における固定材１１５０のばらつき量は小さくなるため、光軸Ｐのずれを抑制することができる。

図８は、比較例２におけるカメラモジュール１０００の縦断面図であり、図５で示した第１の実施形態に相当する。図８に示す比較例２を参照して光軸Ｐにずれが生じる原理について説明する。
溝１１２５の深さは、保持部材１１２０の底面側および先端側で同じ深さである。この場合でも、固定材１１５０の塗布量にばらつきがなく、保持部材１１２０の対向する一方の外周面１１２４に形成されている溝１１２５における固定材１１５０の量と、保持部材１１２０の対向する他方の外周面１１２４に形成されている溝１１２５における固定材１１５０の量が同じであれば光軸Ｐのずれは生じない。

換言すれば、撮像素子１１３０を挟んで対向する外周面１１２４における溝１１２５に同じ高さかつ同じ厚さの固定材１１５０が浸透している場合は、固定材１１５０が硬化時に収縮したとしても、硬化収縮力によるモーメントが釣り合うため、光学レンズ１１１０と撮像素子１１３０との間に光軸Ｐのずれは発生しない。

しかしながら、量産時には固定材１１５０の塗布量のばらつきや、光学レンズ１１１０と撮像素子１１３０の寸法ばらつきによって、撮像素子１１３０を挟んで対抗する外周面１１２４における溝１１２５に浸透する固定材１１５０の量が異なる状態が起こり得る。

図８に示すように、溝１１２５における固定材１１５０の量が他方の外周面１１２４より一方の外周面１１２４が多くなった場合は、一方の外周面１１２４における硬化収縮力Ｑ１’が他方の外周面１１２４における硬化収縮力Ｑ２’より大きくなる。この結果、光軸Ｐが一方の外周面１１２４側にずれて光軸Ｐ’となり、光軸Ｐにずれが生じる。特に、先端側の溝１１２５の固定材１１５０の量が多い場合は、先端側の硬化収縮力Ｑ１’が先端側の硬化収縮力Ｑ２’より大きくなり、対向する外周面１１２４における硬化収縮力の不均衡によるモーメントで光学レンズ１１１０の光軸Ｐのずれが生じる。

このような場合であっても、本実施形態では、上述したように、先端側の溝１１２５の固定材１１５０の量を少なくできるため、先端側の溝１１２５における固定材１１５０のばらつき量は小さくなり、光軸Ｐのずれを抑制できる。

［第３の実施形態]
第３の実施形態について図９を参照して説明する。
なお、第１の実施形態および第２の実施形態に記載し、本実施形態に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施形態にも適用される。

図９は、カメラモジュール１０００の横断面図である。この横断面図は、溝１１２５が形成されている保持部材１１２０の底面側の断面図である。
図９に示すように、溝１１２５は、溝１１２５の開口側の幅Ｗ１に比べて、溝１１２５の底面側の幅Ｗ２が狭く形成される。

毛細管現象による液体の吸引の高さは、溝１１２５の幅を狭くするほど高くなることが一般に知られているが、硬化前の固定材１１５０などの粘度の高い液体では、溝１１２５の幅が狭すぎる場合、せん断力による流動抵抗が大きく、毛細管現象が発生しない。そのため、例えば、溝１１２５の全体の幅を狭くした場合には、溝１１２５の内部への固定材１１５０の浸透量を増やすことができない。

一方、本実施形態によれば、溝１１２５の開口側の幅Ｗ１を広くすることで固定材１１５０を溝１１２５の内部に流入させることができ、なおかつ溝１１２５の底面側の幅Ｗ２を狭くすることで、固定材１１５０の毛細管現象による吸引を促進することができる。このため、固定材１１５０の吸引力により溝１１２５内において先端側へ高く固定材１１５０が浸透するため、カメラモジュール１０００を高強度化および高精度化することができる。
なお、本実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態に適用することができる。

［第４の実施形態]
第４の実施形態について図１０を参照して説明する。
なお、第１の実施形態乃至第３の実施形態に記載し、本実施形態に未記載の事項は、特段の事情のない限り本実施形態にも適用される。

図１０は、カメラ装置３０００の斜視図である。
カメラ装置３０００は、２台のカメラモジュール１０１１、１０２２を並設して構成される。第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２は、第１の実施形態乃至第３の実施形態に記載した構成を備えるが、カメラ装置３０００として併設する場合は、同等の構造を備えるカメラモジュールを用いる。

第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２は、所定の間隔Ｒで併設され、互いの光軸Ｐ１、Ｐ２が略平行となる状態に設置され、筐体２００１が装着される。カメラ装置３０００は、例えば、第１のカメラモジュール１０１１および第２のカメラモジュール１０２２より取得した画像情報を比較することで、被写体との距離を測定する。

ここで、第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２が並ぶ方向を基線長方向Ｘとした場合に、第１のカメラモジュール１０１１において、溝１１２５は第１のカメラモジュール１０１１の外周面１１２４のうち、基線長方向に略平行な外周面１１２４であって、対向する外周面１１２４である２面に形成される。さらに、第２のカメラモジュール１０２２において、溝１１２５は第２のカメラモジュール１０２２の外周面１１２４のうち、基線長方向に略平行な外周面１１２４であって、対向する外周面１１２４である２面に形成される。

すなわち、車載カメラ装置３００は、第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２は互いの光軸が略平行となる状態で筐体２００１に固定され、第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２の保持部材１１２０は、第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２が並ぶ方向に沿った基線長方向Ｘに対して略平行な外周面１１２４を有し、溝１１２５は外周面１１２４に形成される。

２台のカメラモジュール１０１１、１０２２から得られた画像に基づき被写体との距離を算出する方法としては、一般に視差マッチングという方法が用いられる。これは、２枚の画像の基線長方向Ｘの視差が被写体との距離に反比例するという、三角測量の原理に基づいた測距方法である。この手法では、被写体との距離数十メートルが、数マイクロメートルの視差に変換されて検出されるため、測距精度を向上するためには、特に基線長方向Ｘに光軸ずれを発生させないことが重要である。溝１１２５に固定材１１５０が存在した場合に、固定材１１５０の硬化時の収縮により光軸ずれが生じ易くなる。車載カメラ装置３００では、第１のカメラモジュール１０１１と第２のカメラモジュール１０２２の光軸Ｐ１、Ｐ２を比較した基線長方向Ｘのずれ量がより性能に悪影響を及ぼすため、影響が小さい基線長方向Ｘに略平行な外周面１１２４にのみ溝１１２５を設けた。

本実施形態によれば、光軸ずれが生じる可能性は基線長方向Ｘに対して垂直方向の光軸ずれが主となり、基線長方向Ｘの光軸ずれは発生し難くなるため、光軸ずれによる測距精度の低下を抑制することができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）カメラモジュールは、光学レンズ１１１０を内部に保持する保持部材１１２０と、撮像素子１１３０を配置した基板１１４０と、保持部材１１２０の底面側と基板１１４０とを固定する、光硬化剤を含む固定材１１５０とを備え、保持部材１１２０の底面側の外周面１１２４に、保持部材１１２０の底面側から先端側に向かう縦長の溝１１２５を形成した。これにより、光学レンズと撮像素子との位置関係を高精度に保って固定することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

１０００、１００１、１０１１、１０２２・・・カメラモジュール、１１１０・・・光学レンズ、１１２０・・・保持部材、１１２１・・・保持部材の底面、１１３０・・・撮像素子、１１４０・・・基板、１１５０・・・固定材、１１２４・・・外周面、１１２５・・・溝、１１５０・・・固定材、２０００、２００１・・・筐体、３０００・・・カメラ装置、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２・・・光軸。

Claims (7)

1. 光学レンズを内部に保持する保持部材と、
   撮像素子を配置した基板と、
   前記保持部材の底面側と前記基板とを固定する、光硬化剤を含む固定材と、を備え、
   前記保持部材の前記底面側の外周面に、前記保持部材の前記底面側から先端側に向かう縦長の溝を形成したカメラモジュール。
2. 請求項１に記載のカメラモジュールにおいて、
   前記溝は、前記保持部材の前記底面側に開放し、前記光学レンズの光軸方向に沿って縦長であるカメラモジュール。
3. 請求項１に記載のカメラモジュールにおいて、
   前記溝は、前記保持部材の前記底面側における前記溝の深さに比べて、前記先端側における前記溝の深さが浅く形成されるカメラモジュール。
4. 請求項３に記載のカメラモジュールにおいて、
   前記溝は、前記溝の開口側の幅に比べて、前記溝の底面側の幅が狭く形成されるカメラモジュール。
5. 請求項１に記載のカメラモジュールにおいて、
   前記固定材は、光硬化剤および熱硬化剤を含有するカメラモジュール。
6. 請求項１に記載のカメラモジュールにおいて、
   前記保持部材の内側に塗布されて存在する前記固定材は、前記保持部材の外側に塗布されて存在する前記固定材に比べて、前記光硬化剤の濃度が高いカメラモジュール。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のカメラモジュールを２台並設して構成される車載カメラ装置において、
   前記各カメラモジュールは互いの光軸が略平行となる状態で筐体に固定され、前記各カメラモジュールの前記保持部材は、前記各カメラモジュールが並ぶ方向に沿った基線長方向に対して略平行な前記外周面を有し、前記溝は前記外周面に形成される車載カメラ装置。

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