JP4143575B2

JP4143575B2 - 撮像モジュール

Info

Publication number: JP4143575B2
Application number: JP2004200438A
Authority: JP
Inventors: 利之田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: US7303133B2; CN100361509C; US20060006239A1; JP2006025091A; CN1719880A

Description

この発明は、レンズ系により結像した像をＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子により読み取る撮像モジュールに関するものである。

従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子用いて画像を取り込む撮像モジュールとしては、特開２００１−３１３８７３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この撮像モジュールは、レンズ系に対する固体撮像素子の位置調整を容易にするため、レンズ系を支持しているフレームに、中間保持部材を介して片持ち構造で、固体撮像素子を固定している。

また、撮像モジュールとして、図４に概略構造を示すものがある（この撮像モジュールは、この発明の課題を明確にするために便宜上提示するもので、公知技術ではない）。この撮像モジュール１は、レンズ群２と、このレンズ群２を保持するハウジング３と、撮像素子４を取り付けた基板５とから構成されている。この基板５には、図５に示すように、撮像素子４のほかにＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の回路素子６が搭載され、この回路素子６は、基板５上の配線（図示せず）により撮像素子４からの信号を受けて処理する。上記基板５は、撮像素子４の放熱をよくするため、アルミナなどのセラミック材料を用いて作製されている。また、上記ハウジング３は軽量化、低価格化のために、樹脂により作製されている。

上記基板５は、撮像素子４の中心位置がレンズ群２の光軸と一致するように、ハウジング３に対する位置が調整されて、ハウジング３に紫外線硬化型等の接着剤からなる固定材料７で固定されている。
特開２００１−３１３８７３号公報図２（ｂ）、図３

このような撮像モジュールは、小型化が進み、携帯電話などのポータブル機器に搭載されており、その信頼性、特に耐衝撃性能、温度特性が重要視されている。

ところが、特許文献１の撮像モジュールにおいては、撮像素子が片持ち構造で中間保持部材でフレームに固定され、かつ、撮像素子と中間保持部材の材質が異なっていて撮像素子と中間保持部材との熱膨張係数に差があるため、温度変化時にレンズ系の光軸と撮像素子の中心との間にずれが発生するという問題がある。

また、図４に示す撮像モジュール１の場合、ポータブル機器を床や路面などに落として撮像モジュール１が矢印Ａ方向に衝撃を受けた場合、矢印Ｂで示す箇所で、セラミック材料からなる基板５が割れて、耐衝撃性能が低く、撮像モジュール１が機能しなくなるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、温度変化があってもレンズ系の光軸と撮像素子の中心との間にずれが発生しにくく、かつ、耐衝撃性能の高い撮像モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の撮像モジュールは、
レンズ系と、
このレンズ系を保持するハウジングと、
上記レンズ系により結像された像を表す電気信号を出力する撮像素子と、
この撮像素子を搭載した基板と
を備え、
上記基板は、上記撮像素子および上記レンズ系の光軸の近傍に位置すると共に上記光軸を含む面の両側に位置する第１の位置で、第１の固定材料で上記ハウジングに固定され、かつ、
上記基板は、上記第１の位置よりも上記撮像素子および上記レンズ系の光軸から離れた第２の位置で、上記第１の固定材料の弾性率よりも低い弾性率を有する第２の固定材料で上記ハウジングに固定されていることを特徴としている。

上記構成によれば、上記撮像素子およびレンズ系の光軸の近傍に位置すると共に上記光軸を含む面の両側に位置する第１の位置で、上記基板は、弾性率の高い第１の固定材料でハウジングに固定されている。したがって、上記基板は、第１の位置でハウジングで両持ち構造で保持され、かつ、上記基板とハウジングとはレンズ系の光軸の近傍の第１の位置で固定されており、かつ、上記基板とハウジングとは弾性率の高くて一般に熱膨張係数の小さな第１の固定材料で固定されていることになるので、基板とハウジングとの熱膨張の差、および、第１の固定材料の熱膨張による影響が少なくて、レンズ系の光軸と撮像素子の中心との間にずれが発生しにくい。

また、上記基板は、上記第１の位置よりも撮像素子およびレンズ系の光軸から離れた第２の位置で、上記第１の固定材料の弾性率よりも低い弾性率を有する第２の固定材料でハウジングに固定されている。したがって、この撮像モジュールに外部から衝撃がかかっても、上記基板は、レンズ系の光軸から離れた第２の位置で第２の固定材料を介してハウジングでバックアップされているので、基板が割れるのを防止できる。しかも、上記第２の固定材料は第１の固定材料の弾性率よりも低い弾性率を有して比較的に柔軟であるので、基板はレンズ系の光軸から離れた第２の位置で第２の固定材料によって柔軟に（バネ性をもって）支持されることになって、耐衝撃性が極めて高くなる。

また、熱膨張量は寸法が大きくなる程大きくなるため、上記レンズ系の光軸から離れた第２の位置で上記基板とハウジングとが固定されていることにより、基板およびハウジングに熱膨張量の差により大きな熱歪みが発生しようとするが、上記第２の固定材料の弾性率が低いので、この第２の固定材料で熱歪みを吸収して、上記基板およびハウジングに発生しようとする非対称な歪みを極めて小さくすることができる。したがって、温度変化があっても、レンズ系の光軸と撮像素子の中心との間のずれを小さくすることができる。

１実施形態では、上記第２の位置は上記基板の端部である。

上記実施形態によれば、上記基板の端部を第２の固定材料を介してハウジングをバックアップをするので、基板の耐衝撃性を向上できる。

さらに、上記第２の位置は基板の端部であるから、第２の固定材料、例えば、接着剤を塗布する場合、塗布位置が明確であるので、簡単に接着作業をすることができる。

１実施形態では、上記ハウジングは、上記レンズ系を保持する本体部と、この本体部から延長された延長部とを有し、
この延長部と上記基板とが、上記第２の位置で、上記第２の固定材料で固定されている。

上記実施形態によれば、上記ハウジングの延長部によって、上記撮像素子およびレンズ系の光軸から離れた上記基板の第２の位置で、上記弾性率の低い第２の固定材料を介してバックアップしているので、長い基板であっても、耐衝撃性を向上できる。

１実施形態では、上記ハウジングの延長部に重なる上記基板の部分に、回路素子が搭載されている。

上記実施形態によれば、上記回路素子を搭載するために、上記基板が長尺になっても、この回路素子を搭載している基板の部分にハウジングの延長部が重なって、固定材料で固定されているので、基板をバックアップして、基板の耐衝撃性を向上することができる。

この発明によれば、温度変化があってもレンズ系の光軸に対する撮像素子の中心の位置ずれが少なく、かつ、基板が割れ難くて耐衝撃性の高い撮像モジュールを得ることができる。

図１Ａはこの第１実施形態の撮像モジュールの平面図、図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線断面図でレンズ系が突出状態であるときの撮像モジュールの断面図、図１Ｃは上記レンズ系が収納状態であるときの撮像モジュールの断面図である。

図１Ｂに示すように、この撮像モジュールのレンズ系は第１群レンズ８、第２群レンズ１０、第３群レンズ１３からなっており、第１から第３群レンズ８，１０，１３で結像された像を撮像素子４で読み出す構成となっている。上記第１群レンズ８は２枚のレンズ８ａ，８ｂから構成されており、第１群レンズホルダ９に収納固定され、フォーカスを合わせるためレンズ系の光軸Ｃの方向に変位可能となっている。上記第２群レンズ１０は、３枚のレンズ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから構成されており、第２群レンズホルダ１１に収納固定され、ズームの倍率を与えるよう光軸Ｃの方向に変位可能となっている。また、上記第３群レンズ１３は１枚のレンズからなっており、例えばポリカーボネート等の樹脂製のハウジング２３に固定されている。このように、上記ハウジング２３は、第１群レンズ８、第２群レンズ１０を第１群レンズホルダ９、第２群レンズホルダ１１を介して出没可能に保持し、第３群レンズ１３を静的に保持している。

上記第１群レンズホルダ９は、第１モータ１４ａの回転により第１ギア１５ａ（図１Ａ参照）を介して回転する第１リードスクリュー１３ａに、図示しない結合部材により結合していて、光軸Ｃの方向に変位可能となっている。また、上記第２群レンズホルダ１１は、図１Ａに示す第２モータ１４ｂの回転により第２ギア１５ｂを介して回転する第２リードスクリュー１３ｂに、図示しない結合部材により結合していて、光軸Ｃの方向に変位可能となっている。

また、例えばＣＣＤからなる撮像素子４は、例えばアルミナセラミック材料からなる基板２５に搭載して固定されている。この基板５は、撮像素子４の中心が光軸Ｃと一致するよう位置が調整された後、撮像素子４および光軸Ｃの近傍の第１の位置で、より詳しくは、撮像素子４および光軸Ｃにできるだけ近い第１の位置で、第１の固定材料の一例としての第１の接着剤１６によってハウジング３に接着固定されている。この第１の接着剤１６は、光軸Ｃに対して対称になる４箇所の第１の位置に塗布して、ハウジング２３と基板２５とを両持ち構造で固定している。このように、上記第１の接着剤１６は、撮像素子４および光軸Ｃの近傍で、かつ、光軸Ｃを含む平面の両側にそれぞれ２個ずつあって、両持ち構造でハウジング６が基板２５を支持しているので、温度変化があっても、熱膨張が光軸Ｃを含む平面の両側でキャンセルされて、レンズ系の光軸Ｃと撮像素子４の中心とのずれが少なくなる。もし、光軸を含む平面の片側からの片持ち構造で、ハウジングが基板を支持すると、温度変化による熱膨張の差がキャンセルされなくて、レンズ系の光軸と撮像素子の中心とのずれが大きくなるのである。

また、上記第１の接着剤１６は、硬化後において比較的弾性率の高い接着剤であって、具体的には、例えば、商品名がセメダインＥＰ１７１（熱硬化）、セメダインＣＳ２３４０−５４（２液）等である。この第１の接着剤１６は、比較的弾性率が高くて熱膨張係数が小さいため、熱膨張の影響が少なくて、レンズ系の光軸Ｃと撮像素子４の中心との間のずれを少なくできる。

また、上記基板２５は、第１の接着剤１６が塗布された第１の位置よりも上記光軸Ｃから離れた第２の位置で、第２の固定材料の一例としての第２の接着剤１７により、ハウジング３に接着して固定されている。このように、上記第２の位置で、上記第２の接着剤１７により、基板２５をハウジング２３に固定することによって、図１Ａおよび１Ｂに示す矢印Ａ方向の衝撃力が加わっても、第２の接着剤１７を介してハウジング２３が衝撃力を受けるため、基板２５の変形は少なく、基板２５が割れるのを防止できる。

また、上記第２の接着材１７は、硬化後において比較的弾性率の低い接着剤であって、具体的には、例えば、商品名が東芝シリコーンＴＳＥ３２６，ＴＳＥ３２６０，ＴＳＥ３２６Ｍ、シーラント４５（信越化学），ピュアシーラント（信越化学）等である。上記第２の接着材１７は、第１の接着剤１６の弾性率よりも低い弾性率を有する。その理由を以下に示す。

上記基板２５は、撮像素子４の温度上昇をできるだけ抑えるため、熱伝導性のよいアルミナセラミック製である。一方、上記基板２５が取り付けられるハウジング２３の材料はポリカーボネート等の樹脂である。アルミナセラミックの線膨張係数は７．０×１０^−６で、ポリカーボネートの線膨張係数は７．０×１０^−５であって、基板２５とハウジング２３との材料の線膨張係数は一桁ちがう。このため、温度変化が５０℃生じた場合、例えば、１０ｍｍの長さの部材であれば、アルミナセラミックとポリカーボネートで
５０×（７．０−０．７）×１０^−５×１０
＝５０×６．３×１０^−５×１０＝０．０３１５（ｍｍ）
の伸びの差がある。この伸びの差が、光軸Ｃと撮像素子４の中心との間の位置ずれの原因となり、また、２つの部材を接着している接着剤に熱応力を発生させる。

温度変化が生じても、上記レンズ系の光軸Ｃと撮像素子４の中心との位置関係に変化が無いようにするため、第１の接着剤１６を光軸Ｃに関して対称に塗布することで、上記位置関係はある程度保たれる。

しかし、上記光軸Ｃに関して一方に伸びた基板２５の端部側を、もし仮に、第１の接着剤１６と同じ弾性率の高い材料の接着剤とした場合には、この弾性率の高い接着剤の熱応力によって、基板２５およびハウジング２３における熱歪みの光軸Ｃに関する対称性が崩れて、温度変化時に撮像素子４の中心の光軸Ｃに対する位置関係が変化する。

そこで、この第１実施形態では、この位置関係の変化を最小限に抑えるために、光軸Ｃから離れた第２の位置では、第１の接着剤１６に比べて弾性率の低い第２の接着剤１７を用いることによって、熱応力による対称性の崩れを最小限に抑えている。換言すると、上記弾性率の低い第２の接着剤１７で、上記基板２５とハウジング２３との熱膨張の差を吸収して、上記基板２５およびハウジング２３の非対称な熱歪みを極めて小さくすることができる。したがって、温度変化があっても、レンズ系の光軸Ｃと撮像素子４の中心との間のずれを小さくすることができる。

また、上記基板２５は、第１の位置よりもレンズ系の光軸Ｃから離れた第２位置で、第２の接着剤１７でハウジング２３に固定されているので、図１Ｂ，１Ｃおいて矢印Ａで示すように外部から衝撃がかかっても、基板２５は、第２位置で第２の接着剤１７を介してハウジング２３によってバックアップされているので、割れにくい。特に、上記第２の接着剤１７は第１の接着剤１６の弾性率よりも低い弾性率を有して柔軟であるので、基板２５は、レンズ系の光軸Ｃから離れた第２位置で第２の接着剤１７によって柔軟に支持されることになって、耐衝撃性が極めて高くなる。

図２Ａは、第２実施形態の撮像モジュールの断面図である。図２Ａにおいて、図１Ａ〜１Ｃにおける構成部材と同一構成部材は、図１Ａ〜１Ｃにおける参照番号と同一参照番号を付して、説明を省略し、異なる構成部材について以下に説明する。

図２Ａに示すように、基板３５およびハウジング３３の横方向の寸法が比較的短くて、第２の接着剤１７を基板３５の端部に塗布して、この基板３５およびハウジング３３の端部である第２の位置で、基板３５とハウジング３３とを固定している。

図２Ｂは、上記基板３５、撮像素子４、弾性率の高い第１の接着剤１６、弾性率の低い第２の接着剤１７の関係を示す正面図であり、図２Ｃは、図２Ｂの平面図である。なお、図２Ｃにおいて、参照番号６は、基板３５に搭載されたＤＳＰ等の回路素子を示している。

上記構成によれば、上記基板３５の端部を弾性率の低い第２の接着剤１７を介してハウジング３３でバックアップをするので、基板３５の端部の割れを防止して、基板３５の耐衝撃性を向上できる。

さらに、上記第２の接着剤１７を塗布する位置は基板３５の端部であるから、塗布位置が明確であって、塗布位置を気にせず、簡単に接着作業をすることができる。

図２Ｄ，２Ｅは、第２実施形態の変形例の要部を示す平面図である。図２Ｄに示す変形例においては、第２の接着剤１７よりも弾性率の高い第１の接着剤４６は、撮像素子４の両側かつ近傍の第１の位置に、帯状に配置している。また、図２Ｅに示す変形例においては、第２の接着剤１７よりも弾性率の高い第１の接着剤５６は、撮像素子４の全周囲かつ近傍の第１の位置に、略矩形の環状に配置している。

図３はこの発明の第３実施形態の撮像モジュールを示す断面図である。図３において、図１Ａ〜１Ｃにおける構成部材と同一構成部材は、図１Ａ〜１Ｃにおける参照番号と同一参照番号を付して、説明を省略し、異なる構成部材について以下に説明する。

図３に示すように、この第３実施形態の撮像モジュールの基板５５およびハウジング４３の横方向の寸法は、図１Ａ〜１Ｃの第１実施形態の撮像モジュールの基板２５およびハウジング２３の横方向の寸法よりも長くなっている。

上記ハウジング４３は、本体部４４と、この本体部４４の下部から横方向に延長された延長部４５とからなる。上記ハウジング４３の本体部４４は、第１群レンズ８、第２群レンズ１０をそれぞれ第１群レンズホルダ９、第２群レンズホルダ１１を介して出没可能に保持し、第３群レンズ１３を静的に保持して、レンズ系を保持している。上記延長部４５は、長尺の基板５５を第２の接着剤１７を介してバックアップして補強するために必要最小限の厚さを有して、上記延長部４５の上に空間４２を確保して、必要部品を空間４２に設置可能としている。

上記ハウジング４３の延長部４５と長尺の基板５５とを、第１の接着剤１６の第１の位置よりもレンズ系の光軸から離れた第２の位置で、第１の接着剤１６よりも弾性率の低い第２接着剤１７によって接着して固定している。上記延長部４５の下の基板５５の部分には、ＤＳＰ等の回路素子６を搭載している。

上記基板５５およびハウジング４３は長尺で熱膨張量が大きく、かつ、上記レンズ系の光軸の近傍の第１の位置で基板５５がハウジング４３の本体部４４に固定されている他に、光軸から離れた第２の位置で基板５５がハウジング４３の延長部４５に固定されていることにより、基板５５およびハウジング４３に非対称の大きな歪みが発生しようとするが、上記第２の接着剤１７の弾性率が低いので、この第２の接着剤１７が歪みを吸収して、上記基板５５およびハウジング４３に発生しようとする歪みを極めて小さくして、熱応力による対称性の崩れを最小限に抑えることができる。したがって、温度変化があっても、レンズ系の光軸と撮像素子４の中心との間のずれを小さくすることができる。

また、図３おいて矢印Ａで示すように外部から衝撃がかかっても、上記回路素子６を搭載した基板５５は、第２位置で第２の接着剤１７を介してハウジング４３の延長部４５によってバックアップされているので、長尺であっても極めて割れにくい。特に、上記第２の接着剤１７は第１の接着剤１６の弾性率よりも低い弾性率を有して柔軟であるので、長尺の基板５５は、レンズ系の光軸Ｃから離れた第２位置で第２の接着剤１７によって柔軟に支持されることになって、耐衝撃性が極めて高くなる。

上記第３実施形態では、第１の接着剤１６と第２の接着剤１７との弾性率が異なっていたが、同じ弾性率の接着剤を用いて、ハウジング４３の延長部４５で基板５５を接着剤を介してバックアップして、基板５５の割れを防止するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、固定材料として、接着剤を用いたが、ハンダ等を用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、第１の固定材料としての第１の接着剤１６は、レンズ系の光軸に対して対称な第１の位置に塗布したが、第１の位置は、レンズ系の光軸を含む平面の両側であれば、光軸に対して非対称であってもよい。

この発明の撮像モジュールは、携帯電話用ＣＣＤカメラ、デジタルカメラ等に利用できる。

この発明の第１実施形態の撮像モジュールの平面図である。上記第１実施形態の撮像モジュールのレンズ系が突出した状態の断面図で、図１ＡのＢ−Ｂ線断面図である。上記第１実施形態の撮像モジュールのレンズ系が没入した状態の断面図である。この発明の第２実施形態の撮像モジュールの断面図である。上記第２実施形態の撮像モジュールの要部の正面図である。上記第２実施形態の撮像モジュールの要部の平面図である。上記第２実施形態の変形例の要部の平面図である。上記第２実施形態の変形例の要部の平面図である。この発明の第３実施形態の撮像モジュールの断面図である。従来の撮像モジュールの概略構成を示す図である。撮像素子の基板への実装状態を示す概略図である。

符号の説明

１撮像モジュール
２レンズ群
３，２３，３３，４３ハウジング
４撮像素子
５，２５，３５，５５基板
６回路素子
７固定材料
８第１群レンズ
９第１群レンズホルダ
１０第２群レンズ
１１第２群レンズホルダ
１２第３群レンズ
１３ａ第１リードスクリュー
１３ｂ第２リードスクリュー
１４ａ第１モータ
１４ｂ第２モータ
１５ａ第１ギア
１５ｂ第２ギア
１６，４６，５６第１の接着剤
１７第２の接着剤
４５延長部

Claims

レンズ系と、
このレンズ系を保持するハウジングと、
上記レンズ系により結像された像を表す電気信号を出力する撮像素子と、
この撮像素子を搭載した基板と
を備え、
上記基板は、上記撮像素子および上記レンズ系の光軸の近傍に位置すると共に上記光軸を含む面の両側に位置する第１の位置で、第１の固定材料で上記ハウジングに固定され、かつ、
上記基板は、上記第１の位置よりも上記撮像素子および上記レンズ系の光軸から離れた第２の位置で、上記第１の固定材料の弾性率よりも低い弾性率を有する第２の固定材料で上記ハウジングに固定されていることを特徴とする撮像モジュール。
請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、上記第２の位置は上記基板の端部であることを特徴とする撮像モジュール。
請求項１または２に記載の撮像モジュールにおいて、上記ハウジングは、上記レンズ系を保持する本体部と、この本体部から延長された延長部とを有し、
この延長部と上記基板とが、上記第２の位置で、上記第２の固定材料で固定されていることを特徴とする撮像モジュール。
請求項３に記載の撮像モジュールにおいて、上記ハウジングの延長部に重なる上記基板の部分に、回路素子が搭載されていることを特徴とする撮像モジュール。