JP5482231B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルスチルカメラや車両に搭載されるバックモニタカメラ等の車両搭載カメラなどに用いられる撮像装置に関する。

撮像光学系、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子等が組み込まれた筐体から構成された撮像装置は、デジタルスチルカメラ等に用いられる他、近年ではバックモニタカメラ等の車両搭載カメラ等にも用いられている。

バックモニタカメラ等の車両搭載カメラ等に用いられる撮像装置は、一般に外装としての筐体に、撮像レンズ系を保持したレンズ保持枠部材と、撮像レンズ系の光軸上に配置したＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子を配置した基板が位置決めされて固定されている（例えば、特許文献１参照）。前記特許文献１の撮像装置では、レンズ保持枠部材の後端側（基板側）の外周端面が基板の前面側端面に接着剤で固着されている。また、レンズ保持枠部材と基板は、それぞれ線膨張係数の異なる合成樹脂材で形成されている。

ところで、前記特許文献１のような撮像装置を車両搭載カメラとして、例えばバックモニタカメラとして用いる場合には、車両（自動車）の車体後部に配置されるので、車両（自動車）の使用環境温度の影響を大きく受ける。このため、基板の前面側端面に接着剤で固着されているレンズ保持枠部材に、環境温度の変動によって変形が生じると、撮像レンズ系を通して入射される被写体像が固体撮像素子の受光面上に精度よく結像するように工場出荷時に調整されていても、光軸方向に対してこの結像位置がずれ、ピントが合っていない状態（ピントがずれた状態）になる不具合が生じる。

特に、バックモニタカメラなどの車両搭載カメラは小型形状に形成されており、撮像レンズ系を保持したレンズ保持枠部材の後端側（固体撮像素子側）に接着剤によって固着されている基板との間の距離が非常に短いので、レンズ保持枠部材の環境温度の変動による変形の影響を大きく受ける。

そこで、本発明は、環境温度が変動した場合でもレンズ保持枠部材の変形を抑えることができる撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の撮像装置は、外装を構成する筐体と、前記筐体内で撮像光学系を保持した撮像光学系保持部材と、前記撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子を前面側に配置した基板と、前記撮像光学系保持部材の外周側であり前記筐体の内側に位置し、前記基板を前記撮像光学系保持部材の背面側後方に固定する基板固定部材とを備えた撮像装置であって、前記撮像光学系保持部材の少なくとも前記撮像素子側端部の外面と前記基板固定部材の内壁面との間がリブ部で一体に接続されていることを特徴としている。

請求項２に記載の撮像装置は、前記リブ部は、前記撮像光学系保持部材の前記撮像素子側端部から該撮像光学系保持部材の長手方向の中央部近傍まで位置するように形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の撮像装置は、前記リブ部は、前記撮像光学系保持部材の前記撮像素子側端部から該撮像光学系保持部材の長手方向に沿って前記撮像素子と反対側の端部近傍まで位置するように形成されていることを特徴としている。

請求項４に記載の撮像装置は、前記基板と前記基板固定部材は、接合中間部材を介して接着された間接接着構造と、両者の間に接着剤を充填して接着された充填接着構造とにより接合されていることを特徴としている。

請求項５に記載の撮像装置は、前記リブ部は、前記撮像光学系保持部材の周方向に対して所定間隔で複数設けられていることを特徴としている。

請求項６に記載の撮像装置は、複数のレンズで構成される撮像光学系を保持した撮像光学系保持部材と、前記撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子を前面側に配置した基板と、前記撮像光学系保持部材の外周側であり外装を構成する筐体の内側に位置し、前記基板を固定する基板固定部材とを備えた撮像装置であって、前記撮像光学系を構成する複数のレンズのうち、環境温度の影響を最も受けるレンズの位置に対応させて、前記撮像光学系保持部材の外面と前記基板固定部材との間をリブ部で一体に接続していることを特徴としている。

本発明に係る撮像装置によれば、撮像光学系保持部材の少なくとも撮像素子側端部の外面と基板固定部材の内壁面との間がリブ部で一体に接続されているので、撮像光学系保持部材の撮像素子側端部付近の長手方向に沿った強度をより高めることができる。よって、環境温度が大きく変化した場合でも、撮像光学系保持部材に熱変形が生じることを低減することができるので、撮像光学系を通して入射される被写体像が撮像素子の受光面上に精度よく結像し、安定して良好な画像を得ることができる。

本発明の実施形態１に係る撮像装置の前面側外観を示す斜視図。 本発明の実施形態１に係る撮像装置の背面側外観を示す斜視図。 カバー及び接続コードを取り外した状態の撮像装置を示す図。 カバー及び接続コードを取り外した状態の撮像装置を示す縦断面図。 カバー及び接続コードを取り外した状態の撮像装置の背面側から見た斜視図。 レンズセルの基板が接合される背面側から見た斜視図。 接合中間部材を介して接着された間接接着構造を示す図。 接着剤を充填して接着された充填接着構造を示す図。 変形例におけるレンズセルの基板が接合される背面側から見た斜視図。 比較例におけるレンズセルの基板が接合される背面側から見た斜視図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施形態２に係る撮像装置において、環境温度の影響を大きく受けるレンズの位置に対応させてレンズ保持枠体にリブ部を接続した状態を示す図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の前面側外観を示す斜視図、図２は、この撮像装置の背面側外観を示す斜視図である。なお、本実施形態の撮像装置は、車両搭載カメラとして用いられるバックモニタカメラに適用した例である。バックモニタカメラは、例えば、車両（自動車）の車体後部のナンバープレート周辺等に設置され、車体後方側の下方領域を撮像して、撮像した画像（動画）が車室内に設置したモニタ装置に表示されるように構成されている。

これらの図に示すように、本実施形態に係る撮像装置（バックモニタカメラ）１は、撮像レンズ系（撮像光学系）１０と、内周面側で撮像レンズ系１０を保持したレンズセル２０と、後述するイメージセンサ（固体撮像素子）４１が設置されたプリント配線基板（以下、「基板」という）４０等を収納したカバー３０と、配線コード５０を備えている。なお、本実施形態の撮像装置１において、撮像レンズ系１０の光軸方向に沿って被写体側を前面側とし、基板側（イメージセンサ４１側）を背面側とする。

撮像装置１の背面側（接続コード５０側）には、車体にネジ留めするためのネジ穴６０、６２、及び接続コード５０をカバー３０にネジ留めするためのネジ穴６４、６６が形成されている。本実施形態では、レンズセル２０の外表面とカバー３０とで、撮像装置１の筐体（外装）が構成されている。

図３は、カバー３０及び接続コード５０を取り外した状態の撮像装置１を示す図であり、図４は、その縦断面図である。

これらの図に示すように、レンズセル２０は樹脂成型によって一体に形成されており、撮像レンズ系１０を構成する６枚の第１〜第６レンズ１１〜１６が内側に配置されている。レンズセル２０の背面側には、イメージセンサ４１を保持している基板４０が接合されている（レンズセル２０と基板４０との接合の詳細については後述する）。イメージセンサ４１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを用いた固体撮像素子であり、撮像レンズ系１０によって結像される被写体像を光電変換し、生成された画像信号が接続コード５０を介して車室内のナビゲーション装置等のモニタ装置（不図示）に出力される。

図５は、カバー３０及び接続コード５０を取り外した状態の撮像装置１の背面側から見た図である。図４に示すように、基板４０は略矩形に形成されており、その対角に位置する２箇所の隅部に、略円弧状の（凸状に張り出した円弧ではなく、凹状に形成された円弧である）欠損部４０ａ、４０ｂが形成されている。基板４０には前記イメージセンサ４１他、コンデンサや抵抗等の電子部品が実装されているが、欠損部４０ａ、４０ｂ付近の所定領域には電子部品が実装されていない。

また、レンズセル２０の背面部には、前記基板４０側の欠損部４０ａ、４０ｂに対応して同様に欠損部２０ａ、２０ｂが形成されており、欠損部４０ａ及び２０ａ、欠損部４０ｂ及び２０ｂでそれぞれ形成される側面切欠き部は、レンズセル２０とカバー３０を２本のネジ（不図示）で繋止する際にネジが貫通するための空間として用いられる。

図６は、レンズセル２０の基板４０が接合される背面側から見た斜視図であり、紙面の手前側が撮像装置１の背面側（基板４０側）である。図６に示すように、レンズセル２０内の中央部に形成された撮像レンズ系（図４参照）を保持する円筒状のレンズ保持枠部（撮像光学系保持部材）２１の後部側（図６の手前側）の外周面には、径方向に延びる４つのリブ部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの基端側が一体に接続されるように形成されている。リブ部２２ａ〜２２ｄは９０度の間隔で形成されている。なお、レンズ保持枠部２１の前部側（図６の奥側）は、レンズセル２０内の前面側に一体に接続されている。

リブ部２２ａ〜２２ｄの先端側は、レンズセル２０の内壁面付近から背面側（基板側）に突出するように形成した４つの基板固定部２３の内壁面に一体に接続されるように形成されている。また、リブ部２２ａ〜２２ｄのレンズ保持枠部２１の長手方向（撮像レンズ系１０の光軸方向）は、レンズ保持枠部２１の後端部（イメージセンサ４１（基板４０）と近接する側の端部）から中央部付近（撮像レンズ系１０の第４レンズ１４付近）まで位置するように形成されている。よって、リブ部２２ａ〜２２ｄは、レンズ保持枠部２１の後端部から中央部付近に位置する短い長さで形成されている。

なお、図６に示したレンズ保持枠部２１の奥側に撮像レンズ系１０の最前面側の第１レンズ１１（図４参照）が保持され、手前側に撮像レンズ系１０の最後面側の第６レンズ１６（図４参照）が保持される。

４つの基板接合部２３の先端部に形成された接合端面２３ａに、基板４０の前面側縁部が接着剤によって接合される。即ち、各接合端面２３ａと基板４０との間に熱硬化性接着剤を充填することによって、各基板接合部２３の接合端面２３ａに基板４０の前面側縁部を接合している。

更に、本実施形態では、図７に示すように、レンズセル２０内の対向する２つの前記基板固定部２３の外側壁面に形成した凹状の接合側面２４と基板４０の前面側縁部付近とを、接着剤Ａが塗布された逆Ｌ字型の接合中間部材２５を介して接合している。前記接着剤Ａとしては、例えば紫外線硬化性接着剤を好適に用いることができる。これらの接着剤による各接合端面２３ａと基板４０間の接合によって、図５に示したように、レンズセル２０の背面側に基板４０が接合される。

このように、本実施形態では、図６に示した２つの基板接合部２３の外側壁面に形成された接合側面２４に接合中間部材２５の一方側が接着剤（紫外線硬化性接着剤）で接合され、接合中間部材２５の他方側が基板４０の前面側の縁部付近に接着剤（紫外線硬化性接着剤）で接合される。接合中間部材２５は、紫外線を透過する材質によって形成される。

更に、レンズセル２０内の４つの基板固定部２３の接合端面２３ａと基板４０の前面側縁部との間に熱硬化性接着剤を充填させて、この両者の接合面を熱硬化性接着剤によって接合している（図８に示した基板固定部２３の接合端面２３ａと基板４０の前面側縁部との間の接合領域Ｂ）。なお、基板固定部２３の接合端面２３ａと基板４０の前面側の縁部付近との間の接合に紫外線硬化性接着剤ではなく熱硬化性接着剤を用いたのは、この両者の接触面が前記接合側面２４よりも紫外線が届きにくい位置にあるので、十分な接続強度を得るためである。なお、ネジ留め等を行なわずに接着剤を用いるのは、サイズや重量を増加させないためである。

また、図６に示したリブ部２２ａ〜２２ｄは、レンズ保持枠部２１の長手方向の長さがレンズ保持枠部２１の後端部から中央部付近まで位置する短いものであったが、図９に示すように、リブ部２２ａ〜２２ｄのレンズ保持枠部２１の長手方向（撮像レンズ系１０の光軸方向）に沿った長さが、レンズ保持枠部２１の後端部（イメージセンサ４１（基板４０）と近接する側の端部）から前部側付近（撮像レンズ系１０の第２レンズ１２付近）まで位置するように形成してもよい。この場合には、リブ部２２ａ〜２２ｄは、レンズ保持枠部２１の後端部から前部側付近まで位置する長い長さで形成される。

次に、前記した本実施形態における、図６に示したレンズ保持枠部２１の後端部から中央部付近まで位置する短い長さのリブ部２２ａ〜２２ｄを接続した場合と、図９に示したレンズ保持枠部２１の後端部から前部側まで位置する長い長さのリブ部２２ａ〜２２ｄを接続した場合での、環境温度の変化に対するレンズ保持枠部２１の長手方向における変形を評価した。

なお、比較例として、図１０に示すように、リブ部２２のレンズ保持枠部２１の長手方向（撮像レンズ系１０の光軸方向）に沿った長さが、レンズ保持枠部２１の前部側付近（撮像レンズ系１０の第２レンズ１２付近）のみに位置するように形成したレンズセル２０を用意した。他の構成は前記実施形態と同様である。

この評価を行ったときの撮像装置（バックモニタカメラ）１の各部位（レンズセル、基板、イメージセンサ、撮像レンズ系の第１〜第６のレンズ（レンズ１〜６）、接合中間部材、接着剤）の材質、ヤング率、線膨張係数は、下記の表１のとおりである。なお、表１中の接着剤（間接）は、基板固定部２３の接合側面２４と基板４０とを接合中間部材２５を介して接合するときの接着剤、接着剤（充填）は、基板固定部２３の接合側面２４と基板４０とを接合するときの接着剤である。

そして、環境温度を変化させた場合（この評価では、常温（２０℃）から８０℃に上昇させた場合と、常温（２０℃）から−３０℃に低下させた場合）における、レンズ保持枠部２１の長手方向における変形の評価結果は、下記の表２のとおりである。なお、表２では、レンズ保持枠部２１の長手方向における変形の量を、レンズ保持枠部２１の後端部（イメージセンサ４１（基板４０）と近接する側の端部）とイメージセンサ４１表面との間の距離変動量として示した。また、表２中の、比較例は図１０に示したリブ部の構造、後端側リブ部は図６に示したリブ部の構造、長手全域リブ部は図９に示したリブ部の構造である。

この表２の評価では、環境温度を変化させた場合（常温（２０℃）から８０℃に上昇させた場合と、常温（２０℃）から−３０℃に低下させた場合）の、レンズ保持枠部２１の後端部とイメージセンサ４１表面との間の距離変動量の総和は、図１０の比較例のリブ部の構造では２０．２（＝｜−１０．１｜＋１０．１）μｍ、図６に示したリブ部（後端側リブ部）の構造では１９．８（＝｜−９．９｜＋９．９）μｍ、図９に示したリブ部（長手全域リブ部）の構造では１７．０（＝｜−８．５｜＋８．５）μｍであった。

この表２の評価結果から明らかなように、環境温度を変化させた場合の、レンズ保持枠部２１の後端部とイメージセンサ４１表面との間の距離変動量を、図１０の比較例のリブ部の構造（リブ部をレンズ保持枠部の前部側付近のみに位置するように形成した構造）に対して、図６に示したリブ部の構造（レンズ保持枠部の後端部から中央部付近まで位置する短い長さのリブ部の構造）では、２（＝１９．８／２０．２×１００）％の改善率を得ることができた。

また、環境温度を変化させた場合の、レンズ保持枠部２１の後端部とイメージセンサ４１表面との間の距離変動量を、図１０の比較例のリブ部の構造（リブ部をレンズ保持枠部の前部側付近のみに位置するように形成した構造）に対して、図９に示したリブ部の構造（レンズ保持枠部の後端部から前部側付近まで位置する長い長さのリブ部の構造）では、１６（＝１７．０／２０．２×１００）％の大幅な改善率を得ることができた。

このように、本実施形態の撮像装置１によれば、図６の場合では、リブ部２２ａ〜２２ｄを、レンズ保持枠部２１の後端部から中央部付近まで位置するように形成し、また、図９の場合では、リブ部２２ａ〜２２ｄを、レンズ保持枠部２１の後端部から前部側付近まで位置するように形成したことにより、レンズ保持枠部２１の後端部側のレンズ保持枠部２１の長手方向に沿った強度をより高めることができる。

よって、特に、前記した本実施形態のバックモニタカメラ（撮像装置１）のように、環境温度が大きい車体後部に配置したした場合でも、レンズ保持枠部２１に長手方向に沿った変形が生じることを低減することが可能となる。このため、環境温度が変化した場合でも、レンズセル２０内のレンズ保持枠部２１に保持される撮像レンズ系１０を通して入射される被写体像がイメージセンサ４１の受光面上に精度よく結像し、安定して良好な画像を得ることができる。

更に、本実施形態の撮像装置１では、レンズ保持枠部２１の外周面と基板固定部２３の内壁面との間に等間隔で４つのリブ部２２ａ〜２２ｄを設けているので、環境温度が変化した場合でもレンズ保持枠部２１に偏った変形が生じることがなく、常に安定して撮像レンズ系を保持することができる。

なお、前記実施形態では、撮像装置としてバックモニタカメラの例について説明したが、これ以外にも、例えば、バックモニタカメラ以外のサイドモニタカメラ等の車載搭載カメラや、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話機、更には監視カメラなどの撮像装置においても、同様に本発明を適用することができる。

〈実施形態２〉
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、撮像レンズ系として３枚のレンズ７１、７２、７３を保持したレンズ保持枠体７４と、イメージセンサ（固体撮像素子）７５を前面に配置した基板７６を固定する基板固定部材７７ａ，７７ｂと、レンズ保持枠体７４の外面と基板固定部材７７ａ，７７ｂとの間を一体に接続するリブ部７８ａ，７８ｂを有している。

本実施形態における３枚のレンズ７１、７２、７３のちの少なくとも１枚以上は、環境温度の影響を受け易い透明樹脂材で形成されたプラスチックレンズである。撮像レンズ系が複数枚のレンズで構成される場合、レンズ特性等によって環境温度の影響を受けやすいレンズと影響が小さいレンズがある。これは光学設計で決まるものである。

そして、図１１（ａ）に示す撮像装置のように、３枚のレンズ７１、７２、７３のうち中央のレンズ７２が他のレンズ７１、７３よりも環境温度の影響を大きく受ける構成の場合、リブ部７８ａ，７８ｂのレンズ保持枠体７４側を、中央のレンズ７２の位置に対応させて接続する。

また、図１１（ｂ）に示す撮像装置のように、３枚のレンズ７１、７２、７３のうち前面側のレンズ７１が他のレンズ７２、７３よりも環境温度の影響を大きく受ける構成の場合、リブ部７８ａ，７８ｂのレンズ保持枠体７４側を、前面側のレンズ７１の位置に対応させて接続する。

また、図１１（ｃ）に示す撮像装置のように、３枚のレンズ７１、７２、７３のうち背面側のレンズ７３が他のレンズ７１、７２よりも環境温度の影響を大きく受ける構成の場合、リブ部７８ａ，７８ｂのレンズ保持枠体７４側を、背面側のレンズ７３の位置に対応させて接続する。

前記したように、環境温度の影響を大きく受けるレンズの位置に対応させて、リブ部７８ａ，７８ｂをレンズ保持枠体７４に接続することにより、図１１（ａ）の場合では、環境温度の影響によって中央のレンズ７２に位置変動が生じた場合でも、レンズ保持枠体７４の中央のレンズ７２の位置に対応してリブ部７８ａ，７８ｂで接続して、レンズ７２の位置変動を外側から抑えるようにしているので、レンズ７２の位置変動を小さくすることができる。

また、図１１（ｂ）の場合では、環境温度の影響によって前面側のレンズ７１に位置変動が生じた場合でも、レンズ保持枠体７４の前面側のレンズ７１の位置に対応してリブ部７８ａ，７８ｂで接続して、レンズ７２の位置変動を外側から抑えるようにしているので、レンズ７１の位置変動を小さくすることができる。更に、図１１（ｃ）の場合では、環境温度の影響によって背面側のレンズ７３に位置変動が生じた場合でも、レンズ保持枠体７４の背面側のレンズ７３の位置に対応してリブ部７８ａ，７８ｂで接続して、レンズ７２の位置変動を外側から抑えるようにしているので、レンズ７３の位置変動を小さくすることができる。

なお、前記実施形態では、撮像レンズ系として３枚のレンズを有している構成であったが、レンズ枚数が２枚あるいは４枚以上の場合でも、同様に環境温度の影響を大きく受けるレンズの位置に対応させて、レンズ保持枠体にリブ部を接続する。

また、前記実施形態では、レンズ保持枠体の外面に２つのリブ部を接合する構成であったが、３つ以上のリブ部を接合するようにしてもよい。

１ バックモニタカメラ
１０ 撮像レンズ系
２０ レンズセル
２１ レンズ保持枠部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ リブ部
２３ 基板固定部
３０ カバー
４０ 基板
４１ イメージセンサ

特開２００６−８０６６７号公報

Claims (6)

1. 外装を構成する筐体と、
   前記筐体内で撮像光学系を保持した撮像光学系保持部材と、前記撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子を前面側に配置した基板と、
   前記撮像光学系保持部材の外周側であり前記筐体の内側に位置し、前記基板を前記撮像光学系保持部材の背面側後方に固定する基板固定部材とを備えた撮像装置であって、
   前記撮像光学系保持部材の少なくとも前記撮像素子側端部の外面と前記基板固定部材の内壁面との間がリブ部で一体に接続されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記リブ部は、前記撮像光学系保持部材の前記撮像素子側端部から該撮像光学系保持部材の長手方向の中央部近傍まで位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記リブ部は、前記撮像光学系保持部材の前記撮像素子側端部から該撮像光学系保持部材の長手方向に沿って前記撮像素子と反対側の端部近傍まで位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記基板と前記基板固定部材は、接合中間部材を介して接着された間接接着構造と、両者の間に接着剤を充填して接着された充填接着構造とにより接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. 前記リブ部は、前記撮像光学系保持部材の周方向に対して所定間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. 複数のレンズで構成される撮像光学系を保持した撮像光学系保持部材と、
   前記撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子を前面側に配置した基板と、
   前記撮像光学系保持部材の外周側であり外装を構成する筐体の内側に位置し、前記基板を固定する基板固定部材とを備えた撮像装置であって、
   前記撮像光学系を構成する複数のレンズのうち、環境温度の影響を最も受けるレンズの位置に対応させて、前記撮像光学系保持部材の外面と前記基板固定部材との間をリブ部で一体に接続していることを特徴とする撮像装置。

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