JP5899383B2 - 撮像モジュール及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像モジュール、及び撮像モジュールを備えた電子機器に関する。
撮影機能を有する携帯電話機等の携帯用電子機器には、小型で薄型の撮像モジュールが搭載されている。この撮像モジュールは、撮影用のレンズが組み込まれたレンズユニットと、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子が組み込まれた撮像素子モジュールとが一体化された構造を有する(特許文献1〜3参照)。近年、撮像モジュールに使用される撮像素子は、100万〜200万画素程度の低画素数の撮像素子に代わり、300万〜1000万画素、或いはそれ以上の高画素数を有する撮像素子が広く使用されるようになっている。
低画素数の撮像素子を用いる場合、レンズユニットと撮像素子ユニットとの位置合わせに特に高い精度は要求されなかったが、高画素数の撮像素子を用いる場合には、高い精度での位置合わせが必要となる。
これらレンズユニットと撮像素子ユニットとの位置合わせと双方の固定を自動的に行う技術が特許文献2,3に記載されている。この技術では、レンズユニットと撮像素子ユニットとを初期位置にセットした後、レンズユニットを光軸方向に移動させながら撮像素子に測定用チャートを撮像させ、得られた撮像画像から目標位置に合致させる調整量を求める。得られた調整量に応じてレンズユニットと撮像素子ユニットとの位置調整を行い、双方を目標位置に合わせた状態で接着固定している。
特開2013−88525号公報 特開2010−21985号公報 特開2010−88088号公報
レンズユニットと撮像素子ユニットとを位置合わせする際、撮像画像を利用して位置調整を行うためにフォーカス調整が必要となる。そのため、レンズユニットは、撮像素子ユニットとの位置合わせ時にもレンズを駆動するために、電子機器側に接続される接続端子とは別に、調整時にレンズを駆動するための調整用端子を備えている。この調整用端子は、撮像モジュールの側面に配置されることが多い。
近年の撮像モジュールでは、画素ピッチが小さい撮像素子を使用されるようになっており、レンズユニットのサイズも撮像素子のサイズに合わせ、数mm程度に小さくなっている。そのため、調整用端子の端子面積を大きくすることが困難になり、調整時に電気的に接続されるプローブとの位置合わせを高精度で行う必要が生じ、撮像素子ユニットの製造装置の高コスト化や製造工程の煩雑化を招いている。
また、撮像モジュールを電子機器に組み込む際、電子機器内における撮像モジュールの収容スペースは限られており、余分なスペースは殆どないことが多い。そのため、撮像モジュールの外側形状は、筐体から延出される基板に対しても設置スペースを増やさないようにする必要がある。
本発明は、小型化したレンズユニットを使用する場合であっても、広い端子面積で確実にプロービングができる接続部を有し、しかも、電子機器への組み込む際の設置スペースを小さく維持できる撮像モジュール、及びこのような撮像モジュールを備えた電子機器を提供することを目的とする。
本発明は下記構成からなる。
(1) レンズ群を有するレンズユニットと、上記レンズユニットに固定され、撮像素子を有する撮像素子ユニットと、を具備する撮像モジュールであって、
上記撮像素子ユニットは、
上記撮像素子を支持する支持部と、上記撮像素子ユニットの外部と電気的に接続する外部接続部と、上記支持部と上記外部接続部とを接続する素子配線部と、を備え、
上記レンズユニットは、
上記レンズ群を構成する複数のレンズのうち少なくとも一部のレンズを、上記撮像素子に対して変位させる少なくとも1つの駆動部と、
上記駆動部を内部に収容する筐体と、
上記撮像素子ユニットと電気的に接続される第1の接続部と、
上記駆動部と上記第1の接続部とを電気的に接続する第1の配線部と、
上記筐体の外部に配置された複数の第2の接続部と、
上記複数の第2の接続部と上記駆動部とを電気的に接続する第2の配線部と、
を備え、
上記第2の配線部は、上記第1の配線部が接続された上記駆動部に電気的に接続される配線を含み、少なくとも一部が、上記支持部から上記素子配線部が延出される方向に向けて上記筐体の外部に延出された撮像モジュール。
(2) 上記撮像モジュールを備えた電子機器。
本発明によれば、小型化したレンズユニットを使用する場合であっても、広い端子面積で確実にプロービングができる。また、電子機器への組み込む際の設置スペースを小さく維持できる。
本発明の実施形態の一態様を説明するための図で、撮像モジュールの外観斜視図である。 図1に示す撮像モジュールの分解斜視図である。 図1のA−O−B線に沿った断面図である。 フレキシブル基板の平面図である。 レンズユニットと撮像素子ユニットとの概略的な配線図である。 フレキシブル基板の接続形態を示す模式的な説明図である。 フレキシブル基板の他の接続形態を示す模式的な説明図である。 筐体から延出されるフレキシブル基板を折り畳んだ状態を示すレンズユニットの一部断面図である。 筐体から延出されるフレキシブル基板を折り畳み、筐体に固定した状態を示すレンズユニットの一部断面図である。 筐体から延出されるフレキシブル基板の内側に調整用端子部を折り込んだ状態を示すレンズユニットの一部断面図である。 筐体が二重構造にされ、フレキシブル基板の少なくとも一部が筐体間に収納された状態を示すレンズユニットの一部断面図である。 素子固定基板の変形例を示す斜視図である。 図13A及び図13Bは素子固定基板の変形例とフレキシブル基板の延出方向の関係を示す説明図である。 撮像モジュール製造装置の一部の構成を示す概略構成図である。 撮像モジュールの製造工程を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態の一態様について、図面を参照して詳細に説明する。
<撮像モジュールの構成>
図1は、本発明の実施形態の一態様を説明するための図で、撮像モジュールの外観斜視図である。図2は、図1に示す撮像モジュールの分解斜視図である。図3は、図1のA−O−B線に沿った断面図である。以下の各図の説明においては、重複する同一の部材に対しては共通の符号を付与することにより、その部材の説明を省略又は簡単化する。
図1及び図2に示すように、撮像モジュール100は、レンズユニット11と、レンズユニット11に固定される撮像素子ユニット13とを有する。レンズユニット11は、レンズ群15により撮像素子ユニット13が有する撮像素子27に観察像を結像させる。撮像素子ユニット13は、レンズ群15を通じて撮像した観察像の画像信号を出力する。
レンズユニット11は、図3に示すように、レンズ群15(図示例では、レンズ15A,15B,15C,15Dからなるレンズ群であるがこれに限らない)と、レンズバレル17と、レンズ駆動装置19と、フレキシブル基板(FPC:Flexible printed circuits)21と、筐体23と、底部ブロック25と、を有する。レンズバレル17は、レンズ群15を移動自在に支持する。筐体23は、レンズ駆動装置19を内部に収容してレンズユニット11の外側を覆う。底部ブロック25は、筐体23内の底部に配置されレンズバレル17の外周部を塞ぐ。
撮像素子ユニット13は、撮像素子27と、撮像素子27が実装される素子固定基板31と、カバーガラス33と、カバーホルダ35とを有する。素子固定基板31は、外部機器と電気的に接続するための外部接続部29を有する。カバーホルダ35は、カバーガラス33を保持して素子固定基板31に固定する。
撮像素子27は、CCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサ等の画素数が300万〜1000万画素、或いはそれ以上の高画素数の撮像素子であって、その画素ピッチは1μm以下である。ここで、画素ピッチとは、撮像素子27が有する画素に含まれる光電変換領域の中心間距離のうち、最も小さい距離のことをいう。
図1及び図2に示すように、素子固定基板31は、長方形状の基板であって、基板長手方向の両端のうち、一端側に撮像素子27(図3参照)が実装され、他端側の先端部に外部接続部29が配置されている。
素子固定基板31は、撮像素子27を支持する支持部と、撮像素子ユニット13の外部と電気的に接続する外部接続部29と、支持部と外部接続部29とを電気的及び物理的に接続する図示しない素子配線部と、を一枚の基板上に備えるものである。
レンズユニット11と撮像素子ユニット13は、それぞれが個別に構成されている。レンズユニット11と撮像素子ユニット13とは、レンズユニット11を通じて撮像素子27により撮像した撮像画像を用いて、レンズユニット11による被写体の結像面を、撮像素子ユニット13の撮像素子27の撮像面に一致させた状態に、位置と姿勢が調整される。その調整された状態でレンズユニット11と撮像素子ユニット13とを接着し、固定することで撮像モジュールの製品が出来上がる。
レンズユニット11と撮像素子ユニット13には、双方が固定された状態で相互に電気的に接続されるユニット接続部37A(第1の接続部),37Bがそれぞれ設けられている。ユニット接続部37Aは複数の櫛歯状の端子からなり、ユニット接続部37Bは、ユニット接続部37Aの各端子に対応して配置された複数の電極パッドである。ユニット接続部37A,37Bは、相互に当接し合うこと、又は半田付けされること等により電気的に接続される。
レンズ駆動装置19は、レンズ群15が支持されたレンズバレル17を、撮像素子27に対して、レンズ群の光軸であるレンズ光軸Axに沿って移動させ、フォーカス調整を行うフォーカス駆動部を有する。また、レンズ駆動装置19は、レンズバレル17を撮像素子27に対して、レンズ光軸Axの垂直方向に移動させる、又はレンズ光軸Axに直交する面から傾動させる、手振れ補正等の像振れ補正駆動を行う2つの像振れ補正駆動部を有し、必要に応じて駆動する。
レンズ駆動装置19は、フォーカス調整の駆動及び像振れ補正の駆動の駆動機構が、レンズ群15を構成する複数のレンズ15A〜15Dのうち、一部のレンズを変位させる機構であってもよい。
フレキシブル基板21は、詳細は後述するが、レンズユニット11の光軸調整と、撮像素子ユニット13を含めた外部機器と電気的に接続するために使用される配線基板であって、筐体23内の底部ブロック25に支持される。柔軟なフレキシブル基板21を用いることで、配線の取り回しや、接続端子のレイアウトの自由度を向上できる。
フレキシブル基板21は、ユニット接続部37Aとレンズ駆動装置19とを電気的に接続する複数の配線を含むレンズ駆動用配線(第1の配線部)を有する。レンズ駆動用配線は、主に撮像モジュールが製品となった後に使用される配線である。また、フレキシブル基板21は、後述する調整用端子部(複数の第2の接続部)とレンズ駆動装置19とを電気的に接続する複数の配線を含む調整用配線(第2の配線部)を有する。この調整用配線は、レンズ駆動装置19のレンズ駆動用配線に接続された駆動部の全て、又は、少なくともいずれか1つの駆動部と導通される配線である。レンズ駆動装置19は、フレキシブル基板21によって、ユニット接続部37Aと接続されるレンズ駆動用配線と、レンズユニット11を単独で調整するための調整用配線との2系統の配線に接続されている。
図3に示すレンズ駆動装置19は、ユニット接続部37Aを通じて、フォーカス駆動や、手振れ補正用の像振れ補正駆動を行うための駆動信号が入出力される。また、ユニット接続部37A,37Bが相互に電気的に接続されていない状態においては、調整用端子部63から調整用配線を通じてレンズ駆動装置19に調整用の駆動信号を入出力できる。
レンズ駆動装置19への調整用の駆動信号を入出力する調整用端子部63は、複数の電気接続端子である調整用端子59を有する。各調整用端子59は、レンズユニット11の筐体23から延出されるフレキシブル基板21の一部に設けられており、筐体23の外部に配置される。調整用端子部63は、フレキシブル基板21の配線の一部が導通部を露出することにより形成される複数の調整用端子59を有する。複数の調整用端子59は、複数列上に等間隔で配列されている。各調整用端子59は、列毎に調整用端子59の配置ピッチの1/2ピッチだけずらして配置され、列の並び方向に隣接する調整用端子59が互い違いに配置されるようになっている。この調整用端子59の配置パターンにより、スペース効率を高めた配置を可能にしている。
複数の調整用端子59には、レンズユニット11と撮像素子ユニット13とを固定する際、詳細を後述する調整駆動用のプローブピンが当接する。プローブピンを通じて、フォーカス駆動や、像振れ補正駆動を行うための調整用の駆動信号がレンズ駆動装置19に入出力される。本構成は、プローブピンにより簡単に調整用端子59とコンタクトできる構成であるため、調整時にコネクタの付け外しが不要となり、製造工程のタクトタイムを短縮することができる。
調整用端子部63は、フレキシブル基板21に配置されるため、多軸制御によりレンズ駆動に多数の調整用端子59を必要とするレンズユニットであっても、個々の端子面積が小さくなることなく、広い端子面積を確保できる。これにより、確実なプロービングが可能となる。なお、調整用端子部63は、レンズユニット11と撮像素子ユニット13とを位置合わせして固定した後に絶縁性材料で被覆される。絶縁性材料は、少なくとも調整用端子59の導通面を覆っていればよい。これにより、固定後の調整用端子部63が短絡すること、及び/又は、ノイズがレンズ駆動装置19に入力されることを防止する。
図4にフレキシブル基板21の平面図を示す。フレキシブル基板21は、図3に示すレンズユニット11の筐体23の内部に支持される側の支持領域A1と、筐体23の外部に延出される側の延出領域A2とを有する。
フレキシブル基板21は、支持領域A1に一対のユニット接続部37A、37Aを有し、折り線B1,B2で直角に折り曲げられる。フレキシブル基板21が折り線B1,B2で折り曲げられることにより、図1に示すように、ユニット接続部37A,37Aは、素子固定基板31側のユニット接続部37Bに対し、垂下して対向配置される。
フレキシブル基板21の支持領域A1には、レンズバレル17が挿入される円形の開口部21aが形成されている。
フレキシブル基板21の延出領域A2の支持領域A1とは反対の先端側には、複数の調整用端子を有する調整用端子部63が配置されている。
図1及び図2に示すように、フレキシブル基板21の調整用端子部63を含む一部分は、筐体23の開口38から外側に延出されている。このフレキシブル基板21の延出部分は、筐体23の外部接続部29を臨む方向の側面23aから延出さている。換言すれば、フレキシブル基板21の延出部分は、素子固定基板31の支持部から、外部接続部29に接続される素子配線部が延出される方向に筐体23から延出されている。また、ユニット接続部37A,37Bは、筐体23の側面23aに隣接する側面23bに沿って配置されている。
上記構成により、フレキシブル基板21の延出部分は、フレキシブル基板21の延出部分をレンズ群15の光軸方向に投影した場合のフレキシブル基板21の延出部分に対する投影領域が、撮像素子ユニット13をレンズ群15の光軸方向に投影した場合の撮像素子ユニット13の投影領域内になる位置に配置される。
このため、フレキシブル基板21の延出部分が、素子固定基板31の外側にはみ出すことがないので、撮像モジュールを電子機器に組み込む際の撮像モジュールの配置スペースを小さく維持できる。また、小型化したレンズユニットを使用する場合であっても、フレキシブル基板21に配置された調整用端子部63により、広い端子面積で確実にプロービングが行える。
上記構成の撮像モジュール100において、図3に示すレンズ駆動装置19がレンズバレル17をレンズ光軸Axに沿って移動させることにより、フォーカシング動作が行われる。また、レンズ駆動装置19がレンズバレル17をレンズ光軸Axに垂直な直交2軸(直交でなくとも、互いに交差する2軸であってもよい)に沿って撮像素子27に対して移動させること、又はレンズ光軸Axに直交する面から撮像素子27に対して傾動させることにより、手振れ補正等の像振れ補正動作が行われる。
本構成の撮像モジュール100は、フォーカシング動作と像振れ補正動作との双方を同時に実施すること、又は、いずれか一方のみを実施することができ、必要に応じて任意のタイミングで各動作を実施可能な構成となっている。
また、本構成の撮像モジュール100は、画素ピッチが1μm以下の撮像素子27を用いている。画素ピッチが狭い撮像素子は、画素サイズが小さいために受光感度が低下するので、Fナンバーの小さいレンズと組み合わせる必要がある。そうすると、焦点深度が浅くなり、画面周辺の一方向だけ解像力が低下する現象が生じやすくなって、レンズの組み付けには高い精度が要求される。特に、撮像素子の画素ピッチが1μm以下である場合は、レンズの調整が難しく、製造工程の工数が増大する不利がある。しかし、本構成の撮像モジュール100は、調整用端子部63の端子面積を大きく確保できるため、安定したプロービングを実現でき、レンズユニット11と撮像素子ユニット13とを高精度で位置合わせできる。
次に、レンズユニット11が有するレンズ駆動装置19の詳細と、レンズ駆動装置19を駆動するための配線について、詳細に説明する。
図5にレンズユニット11と撮像素子ユニット13との概略的な配線図を示す。図5に示す配線の態様は一例であって、これに限定されることはない。レンズ駆動装置19は、フォーカス調整を行うためのフォーカス駆動装置19Aと、像振れ補正を行うための像振れ補正駆動装置19Bとを有する。フォーカス駆動装置19Aと像振れ補正駆動装置19Bは、レンズ駆動のための駆動部としてボイスコイルモータ(VCM)を使用し、レンズ位置を検出するセンサとしてホール素子を使用している。なお、VCMやホール素子は一例であって、これに限らず他のデバイスであってもよい。
フォーカス駆動装置19Aは、レンズバレル17をレンズ光軸Axに沿って駆動するためのフォーカス駆動部であるAx方向VCM41と、Ax方向のレンズ位置を検出するAx方向ホール素子43とを有する。
像振れ補正駆動装置19Bは、レンズ光軸Axに対して垂直な面内における、互いに直交するX方向(第1の方向)、Y方向(第2の方向)にレンズバレル17を駆動する。像振れ補正駆動装置19Bは、レンズ光軸Axに垂直な水平方向であるX方向に沿ってレンズバレル17を駆動するための第1の像振れ補正駆動部であるX方向VCM45と、X方向のレンズ位置を検出するX方向ホール素子47と、を有する。また、像振れ補正駆動装置19Bは、レンズ光軸Ax及びX方向に垂直なY方向に沿ってレンズバレル17を移動するための第2の像振れ補正駆動部であるY方向VCM49と、Y方向のレンズ位置を検出するY方向ホール素子51とを有する。なお、像振れ補正駆動装置19Bは、レンズ群15を傾動させる駆動機構とすることもできる。その場合の駆動機構は周知の駆動機構が利用でき、ここではその説明を省略する。
レンズユニット11は、レンズ駆動装置19とレンズユニット11側のユニット接続部37Aとを電気的に接続する前述のレンズ駆動用配線である第1の配線部EW1と、レンズ駆動装置19に電気的に接続される前述の調整用配線である第2の配線部EW2とを有する。これら第1の配線部EW1と第2の配線部EW2は、フレキシブル基板21に形成されている。
フレキシブル基板21の配線パターンは、第1の配線部EW1が、主にレンズ駆動装置19の配線とユニット接続部37Aとを接続し、第2の配線部EW2が、主にレンズ駆動装置19の配線と調整用端子部63の各調整用端子59とを接続するパターンとなっている。
第1の配線部EW1は、駆動部(Ax方向VCM41、X方向VCM45、Y方向VCM49)及びセンサ(Ax方向ホール素子43、X方向ホール素子47、Y方向ホール素子51)の各々と導通される複数の配線を含む。
第2の配線部EW2は、第1の配線部EW1に接続された駆動部(Ax方向VCM41、X方向VCM45、Y方向VCM49)、センサ(Ax方向ホール素子43、X方向ホール素子47、Y方向ホール素子51)のうち、少なくとも一つの駆動方向に対する駆動部、センサと導通される配線を含む。
したがって、第2の配線部EW2は、上記の少なくともいずれか1つの駆動部、その駆動部に対応するセンサ及び配線、並びにユニット接続部37Aのうち、これら駆動部やセンサに接続される接続部に電気的に接続されている。
第2の配線部EW2の配線が、第1の配線部EW1の配線に接続されることにより、上記した各駆動部を第1の配線部EW1を通じて駆動すること、及び、上記した各センサから第1の配線部EW1を通じて検出信号を取得することを、第2の配線部EW2を通じて同様に行うことができる。
なお、上記構成では、駆動部1つについて2つの接点(コイルとの接点A,B)を設け、センサ1つについて4つの接点(ブリッジ回路との接点C,D,E,F)を設けているが、これは一例であって、駆動部やセンサの種類によって接点個数は異なる。また、レンズ群15を多軸制御する場合は、駆動部やセンサの種類によらず、必要となる接点数や配線数が増大するため、調整用端子59の配置面積が特に広く必要になる。
撮像素子ユニット13は、撮像素子27と、X方向の角速度を検出するX方向ジャイロセンサ53と、Y方向の角速度を検出するY方向ジャイロセンサ54と、制御/給電用IC(Integrated Circuit)55とを有する。制御/給電用IC55は、撮像モジュールの製造後に、X方向ジャイロセンサ53およびY方向ジャイロセンサ54が検出した各方向の角速度に応じて像振れ補正駆動装置19Bを駆動する。また、撮像素子27を制御して撮像信号を出力させ、更に系全体を給電制御する。
レンズユニット11の第1の配線部EW1は、ユニット接続部37A,37Bを介して制御/給電用IC55に接続されている。撮像素子27、X方向ジャイロセンサ53及びY方向ジャイロセンサ54は、制御/給電用IC55に接続され、制御/給電用IC55は外部接続部29に接続されている。
図示例では、第2の配線部EW2が、像振れ補正駆動装置19BのX方向VCM45、X方向ホール素子47、Y方向VCM49及びY方向ホール素子51に接続されているが、X方向及び/又はY方向への駆動が必要ない場合、その不要となる駆動方向に対応するVCMとホール素子への配線を省略してもよい。
以上説明したレンズユニット11には、フレキシブル基板21の調整用端子部63から、フォーカス駆動装置19Aを駆動する駆動信号、及び、像振れ補正駆動装置19Bを駆動する駆動信号が選択的に入力される。このため、レンズユニット11は、ユニット接続部37Aがユニット接続部37Bに電気的に接続されていない調整時の状態であっても、調整用端子部63を通じてレンズユニット11のレンズ駆動装置19を駆動できる。
調整用端子部63を配置する位置は、筐体23の側面23aに限らず、プローブ装置の配置に応じて適宜変更が可能であり、例えば側面23bと同じ面に固定することもできる。
レンズユニット11と撮像素子ユニット13の単体を、お互いに位置合わせして固定する際、第2の配線部EW2を使用してレンズ駆動装置19が駆動される。レンズ駆動装置19は、第2の配線部EW2からの入力された駆動信号に応じてレンズ群15を駆動させる。撮像素子ユニット13は、レンズ駆動装置19が駆動された状態で撮像を行うことにより撮像画像を得る。得られた撮像画像に基づいて、レンズユニット11による光学結像面が算定されて、撮像素子27の撮像面をレンズユニット11による被写体像の光学結像面に一致するように位置合わせが行われる。
そして、図2に示すように、レンズユニット11と撮像素子ユニット13とが、位置合わせされた状態で、接着剤により固定される。これにより、図1に示す撮像モジュール100が完成する。この一連の工程は、後述する撮像モジュール製造装置により実施される。
<フレキシブル基板の接続形態の変形例>
次に、調整用端子部63を有するフレキシブル基板21の、レンズ駆動装置19とユニット接続部37Aとの接続形態の変形例について説明する。
図6はフレキシブル基板の接続形態を示す模式的な説明図である。フレキシブル基板21Aは、レンズ駆動装置19とユニット接続部37Aとを電気的に接続するためのレンズ駆動用配線の少なくとも一部を含んでいる。フレキシブル基板21Aは、長尺状の両端部のうち、一方の端部がレンズ駆動装置19に電気的に接続され、他方の端部がユニット接続部37Aを設けている。また、フレキシブル基板21Aは、レンズユニット11の筐体23に形成された開口38から筐体外側に延出されている。
開口38から延出されるフレキシブル基板21Aは、筐体23の側面23a上でレンズ光軸に沿って敷設され、側面23aの端部に至る途中位置で折り返し、再び開口38に向けて敷設される。そして、フレキシブル基板21Aの先端は、レンズユニット11の底部からユニット接続部37Aに向けて垂下されている。また、フレキシブル基板21Aの、レンズユニット11の筐体23の側面で二重に敷設された領域には、外側のフレキシブル基板21Aに調整用端子部63が配置されている。
この場合のフレキシブル基板21Aは、レンズ駆動装置19と調整用端子部63とを電気的に接続する調整用配線が、レンズ駆動装置19とユニット接続部37Aとを電気的に接続するレンズ駆動用配線の少なくとも一部と兼用されている。このため、一枚のフレキシブル基板21Aで、レンズ駆動装置19と調整用端子部63とユニット接続部37Aとを接続でき、配線の構成を簡略化できる。
図7はフレキシブル基板の他の接続形態を示す模式的な説明図である。フレキシブル基板21Bは、レンズ駆動装置19とユニット接続部37Aとを接続するレンズ駆動用配線を有するフレキシブル基板21B−1と、フレキシブル基板21B−1のレンズ駆動用配線から分岐してレンズユニット11の筐体23の外部に延出されるフレキシブル基板21B−2とを有する。
フレキシブル基板21B−2の筐体23の側面23aに固定された領域には、調整用端子部63が配置されている。
この場合のフレキシブル基板21Bは、調整用端子部63に向かう調整用配線が、レンズ駆動装置19に向かうレンズ駆動用配線から分岐した部分を含んで構成されるため、各配線のレイアウトの自由度が向上する。
<フレキシブル基板の筐体外部への延出形態の変形例>
次に、調整用端子部63を有するフレキシブル基板21の、筐体23の外部に延出される領域の延出形態の変形例について説明する。
図8は筐体から延出されるフレキシブル基板を折り畳んだ状態を示すレンズユニットの一部断面図である。筐体23の開口38から筐体23の外部に延出されるフレキシブル基板21は、その延出された部分の一部又は全てを折り畳んだ折り畳み部21bを有する。ここでいう「折り畳む」とは、少なくとも1箇所の折り曲げ部を有して筐体23からの延出方向とは異なる方向に屈曲させることを意味する。
フレキシブル基板21は、熱可塑性を有しており、折り畳んだ状態で加熱することにより、その折り畳んだ状態の形状が冷却後も維持される。
フレキシブル基板21は、筐体23の外部に延出された部分が折り畳まれることにより、筐体23の外部に占める配置スペースを小さくできる。これにより、レンズユニット11と撮像素子ユニット13とを固定した後の、不要となるフレキシブル基板21の延出部分が、邪魔にならずにコンパクトに配置できる。また、調整用端子部63をフレキシブル基板21の内側に挟み込んで折り畳むことで、調整用端子部63の短絡を防止できる。
図9は筐体23から延出されるフレキシブル基板を折り畳み、筐体に固定した状態を示すレンズユニットの一部断面図である。筐体23の開口38から筐体23の外部に延出されるフレキシブル基板21は、その延出された部分の全てを折り畳んでいる。この折り畳み部21bは、筐体23の側面23aに固定される。フレキシブル基板21の延出された部分の筐体23の側面23aへの固定は、接着剤による固定、加熱による溶着等、各種周知の方法が採用できる。
図10は筐体23から延出されるフレキシブル基板21の内側に調整用端子部63を折り込んだ状態を示すレンズユニットの一部断面図である。フレキシブル基板21の筐体23の開口38から筐体23の外部に延出された部分は、その延出された部分の一部に形成される調整用端子部63を覆っている。調整用端子部63の複数の調整用端子が形成された面は、フレキシブル基板21を折り曲げた内側に配置され、フレキシブル基板21の折り曲げた外側には露出しない状態となる。つまり、調整用端子部63は、フレキシブル基板21と筐体23の側面23aとの間に挟まれた状態で配置されている。
図示例では、筐体23の側面23aの一端側の開口38から延出されたフレキシブル基板21が、筐体23の側面23aの他端側に向けて引き出され、側面23aの他端に至る途中位置で折り返えされている。折り返されたフレキシブル基板21の調整用端子部63が配置される領域の裏面は、筐体23の側面23aに固定されている。
この構成によれば、余剰となる延出されたフレキシブル基板21を調整用端子部63の短絡防止に利用することにより、調整用端子部63の表面を絶縁材料で被覆する絶縁処理を省略でき、撮像モジュールの製造工程を簡略化できる。
図11は筐体が二重構造にされ、フレキシブル基板の少なくとも一部が筐体間に収納された状態を示すレンズユニットの一部断面図である。本構成のレンズユニットは、図10に示すレンズユニットの筐体23の外側にカバー部材60を取り付けている。カバー部材60は、レンズ群15に対面する位置に開口を有し、レンズユニット11の光入射側を覆うカバーであり、筐体23に固定される。また、カバー部材60は、カバー部材60の内周面60aと筐体23の側面23aとの間に隙間を介して配置される。この隙間に、延出されたフレキシブル基板21の少なくとも一部が収納される。
この構成によれば、延出されたフレキシブル基板21が、カバー部材60と筐体23との間の隙間に収納されて保持されるため、フレキシブル基板21が他の部材に干渉することがない。そのため、撮像モジュールのハンドリング性が高められる。
<素子固定基板の変形例>
素子固定基板31は、図1及び図2に示す撮像素子27を実装する一枚の基板である他、種々の形態にすることができる。図12に素子固定基板の変形例を示す斜視図を示す。素子固定基板31は、撮像素子27が実装される支持部212と、コネクタ等の外部接続部29と、支持部212と外部接続部29とを接続する異方性導電フィルム(Anisotropic Conductive Film:ACF)等の素子配線部213との接合体であってもよい。また、支持部212は、基板の一部をくり抜いた部分、又は切り欠いた部分に撮像素子27を配置して、撮像素子27と基板とが一体にされたものであってもよい。
図13A及び図13Bは、素子固定基板の変形例を示す撮像モジュールの概略平面図である。図13Aに示すように、素子固定基板は、撮像素子を支持する支持部201と、撮像素子ユニットの外部と電気的に接続される外部接続部29と、支持部201と外部接続部29とを電気的及び物理的に接続する素子配線部203とを有する。この場合、支持部201から素子配線部203が延出される方向に向けて筐体23からフレキシブル基板を延設する。即ち、図中矢印P1で示す方向にフレキシブル基板を延設すればよい。
また、図13Bに示すように、素子固定基板は、撮像素子を支持する支持部201と、撮像素子ユニットの外部と電気的に接続される外部接続部29A,29Bと、支持部201と外部接続部29Aとを電気的及び物理的に接続する素子配線部203Aと、支持部201と外部接続部29Bとを電気的及び物理的に接続する素子配線部203Bとを有する。この場合、支持部201に対して素子配線部203Aが接続される方法P2と、支持部201から素子配線部203Bが延出される方向P3のうち、少なくともいずれかの方向にフレキシブル基板を延設すればよい。
上記構成により、フレキシブル基板の延出部分は、撮像モジュールの周囲の部材との干渉を回避でき、延出部分を邪魔にならない状態で配置できる。
<撮像モジュールの製造>
次に、上記の撮像モジュール100の製造方法について説明する。
図14は撮像モジュール製造装置の一部の構成を示す概略構成図である。撮像モジュールは、レンズユニット11に対する撮像素子ユニット13の位置及び姿勢を調整した後に、その調整した状態で撮像素子ユニット13をレンズユニット11に固定することにより得られる。
図14に示すように、レンズユニット11は、レンズ位置決めプレート75に位置決めされた状態で保持され、撮像素子ユニット13は、チャックハンド115によって姿勢を変更自在に保持される。そして、レンズユニット11のから延出されたフレキシブル基板21の調整用端子部63に対面してプローブユニット113が配置される。プローブユニット113は、レンズユニット11の調整用端子部63にプローブピン111を接触させることにより、前述したレンズ駆動装置19(図5参照)と電気的に接続される。
レンズ位置決めプレート75は、開口75aの周囲に固定用ピン93A,93Bが設けられている。固定用ピン93A,93Bは、図1に示すレンズユニット11の位置決め穴95A,95Bに挿入されてレンズユニット11を位置決めする。
チャックハンド115は、撮像素子ユニット13の外枠125を挟み込む、略クランク状に屈曲された一対の挟持部材115aを有する。これらの挟持部材115aは、撮像素子ユニット13のZ軸方向への移動、及び、Z軸に直交する2軸(X軸方向及びY軸方向)への移動、並びに、X軸及びY軸の回りの傾きθx、θyをそれぞれ調整する図示しない駆動部に接続されている。
各部は、撮像モジュール製造装置の制御部からの指令により駆動制御される。
次に、撮像モジュールの製造工程について、図15のフローチャートに沿って簡単に説明する。
まず、レンズ位置決めプレート75の固定用ピン93A,93Bをレンズユニット11の位置決め位置決め穴95A,95Bに挿入して、レンズユニット11をレンズ位置決めプレート75に対して規定の位置に保持させる(S1)。このとき、プローブユニット113は、レンズユニット11の調整用端子部63にプローブピン111を接触させる。
そして、チャックハンド115の挟持部材115aによって撮像素子ユニット13の外枠125を挟み、撮像素子ユニット13を保持する(S2)。
レンズユニット11及び撮像素子ユニット13の保持完了後、制御部は、レンズユニット11による合焦点を近似的に求めた近似結像面を算出する(S3)。近似結像面とは、レンズユニット11による合焦位置を、三次元座標系で一平面として表したものである。
近似結像面は、概略的には、次のようにして求める。まず、レンズユニット11を光軸方向(Z軸方向)に沿った複数の撮像位置に移動させ、各撮像位置で測定用チャートを撮像する。これにより得られる各撮像位置の撮像画像から、最も合焦度合いが高い撮像位置(Z座標)を、撮像画像の複数の画面内位置(X−Y面内位置)に対してそれぞれ求める。そして、各画面内位置に対する最も合焦度合いが高いZ座標をX−Y面でプロットしたときの、XYZ軸の三次元座標系で一平面として表される近似面を算出する。この近似面が近似結像面であり、例えば、aX+bY+cZ+d=0の式(a〜dは任意の定数)で表される。
この近似結像面の算出方法についての詳細は、例えば、特開2010−21985号公報に記載されているので、必要に応じて参照されたい。
次に、制御部は、撮像素子ユニット13を保持するチャックハンド115を駆動して、撮像素子の撮像面を、上記の通り求めた近似結像面に一致させる(S4)。即ち、制御部は、撮像素子ユニット13をチャックハンド115に保持しながら、X,Y,Z方向の位置、及びθx、θyの回転角度を変更して、撮像素子ユニット13の位置及び姿勢を調整する。
上記のように、制御部がレンズユニット11と撮像素子ユニット13とを位置合わせした後、制御部は、レンズユニット11と撮像素子ユニット13との間に紫外線硬化型接着剤を供給し(S5)、紫外線ランプを点灯させる(S6)。レンズユニット11と撮像素子ユニット13は、紫外線硬化型接着剤が硬化することで、調整された位置及び姿勢で固定される。
固定されたレンズユニット11と撮像素子ユニット13とを撮像モジュール製造装置から取り外すことで(S7)、撮像モジュールが完成する。
本撮像モジュール製造装置においては、レンズユニット11のレンズ光軸Axが鉛直方向にセットされる。この場合、X方向VCM45、Y方向VCM49は、水平面内にセットされる。そのため、X方向VCM45とY方向VCM49は重力の影響を殆ど受けない
が、Ax方向VCM41は重力の影響を受けて、レンズ群15が鉛直方向に沈下する。そこで、制御部は、少なくともAx方向VCM41を駆動して、沈下するレンズ群15を鉛直方向に持ち上げた状態にしてフォーカス調整を行う。
僅かなセット位置の誤差により、X方向VCM45とY方向VCM49が水平方向から傾斜して重力の影響を受けた場合、その影響をなくすために、制御部が、X方向VCM45とY方向VCM49を駆動させてもよい。その場合、より高精度な光軸調整が行える。
また、X方向VCM45、Y方向VCM49を非駆動状態とし、Ax方向VCM41のみ駆動する場合は、第2の配線部EW2を、少なくとも駆動が必要なVCMだけの配線に制限することができる。つまり、前述した第2の配線部EW2の配線数を必要最小限に減らし、撮像モジュール100の構成を簡略化できる。
また、撮像モジュール製造装置が、レンズユニット11のレンズ光軸を水平方向にセットする場合、Ax方向VCM41は重力の影響を殆ど受けない。しかし、X方向VCM45の移動方向が鉛直方向と一致している場合、X方向VCM45は重力の影響を受け、レンズ群15が鉛直方向に沈下する。また、Y方向VCM49の移動方向が鉛直方向と一致している場合、Y方向VCM49は重力の影響を受け、レンズ群15が鉛直方向に沈下する。また、X方向VCM45、Y方向VCM49の移動方向が、鉛直方向、水平方向以外の場合、X方向VCM45及びY方向VCM49は共に重力の影響を受け、レンズ群15が鉛直方向に沈下する。
そのため、制御部は、重力の影響を受けるVCM全てに対して駆動して、沈下するレンズ群15を鉛直方向に持ち上げる。その場合、重力の影響を受けることなく、高精度に光軸調整が行える。また、駆動する必要のないVCMに対応する配線を設ける必要はないので、第2の配線部EW2の配線数を必要最小限に減らし、撮像モジュールの構成を簡略化できる。
特に上記の場合では、撮像モジュール製造装置は、レンズユニット11及び撮像素子ユニット13を、製品にされた撮像モジュールの使用者が撮影するときの姿勢と同じ姿勢で支持することになる。つまり、レンズユニット11のレンズ光軸がZ軸と平行となり、X方向VCMによる駆動方向が水平方向と平行となる。その場合には、Ax方向VCMとX方向VCMは重力の影響を受けず、Y方向VCMだけが重力の影響を受ける。従って、調整時における各駆動部によるレンズの移動は、製品使用時に受ける重力の影響と同じだけの影響を受けることになり、より精度の高い調整が可能となる。
なお、上記の撮像モジュール製造装置とその製造方法は一例であって、他の装置、他の製造方法でレンズユニット11と撮像素子ユニット13とを固定してもよい。
以上説明した撮像モジュールは、図示しない基板等の支持部材に支持され、デジタルカメラや車載用カメラ等の電子機器の筐体内に配置されて、撮像装置として供される。撮像モジュールの組み込み対象としては、上記の他、例えば、PC(Personal Computer)内蔵型又は外付け型のPC用カメラ、カメラ付きインターフォン、或いは、撮影機能を有する携帯端末装置等の電子機器を挙げることができる。携帯端末装置としては、例えば、携帯電話機やスマートフォン、PDA(Personal Digital Assistants)、携帯型ゲーム機、
腕時計型端末、頭部に装着されて眼鏡のレンズ部にディスプレイを有する眼鏡型端末等が挙げられる。
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) レンズ群を有するレンズユニットと、上記レンズユニットに固定され、撮像素子を有する撮像素子ユニットと、を具備する撮像モジュールであって、
上記撮像素子ユニットは、
上記撮像素子を支持する支持部と、上記撮像素子ユニットの外部と電気的に接続する外部接続部と、上記支持部と上記外部接続部とを接続する素子配線部とを備え、
上記レンズユニットは、
上記レンズ群を構成する複数のレンズのうち少なくとも一部のレンズを、上記撮像素子に対して変位させる少なくとも1つの駆動部と、
上記駆動部を内部に収容する筐体と、
上記撮像素子ユニットと電気的に接続される第1の接続部と、
上記駆動部と上記第1の接続部とを電気的に接続する第1の配線部と、
上記筐体の外部に配置された複数の第2の接続部と、
上記複数の第2の接続部と上記駆動部とを電気的に接続する第2の配線部と、
を備え、
上記第2の配線部は、上記第1の配線部が接続された上記駆動部に電気的に接続される配線を含み、少なくとも一部が、上記支持部から上記素子配線部が延出される方向に向けて上記筐体の外部に延出された撮像モジュール。
(2) (1)に記載の撮像モジュールであって、
上記第2の配線部は、全ての上記少なくとも1つの駆動部に対して、それぞれ電気的に接続された配線を含む撮像モジュール。
(3) (1)又は(2)に記載の撮像モジュールであって、
上記レンズの変位を検出するセンサを備え、
上記第1の配線部は、上記センサと上記第1の接続部とを電気的に接続する配線を含み、
上記第2の配線部は、上記複数の第2の接続部と上記センサとを電気的に接続する配線、及び上記第1の配線部が接続された上記センサに電気的に接続された配線を含む撮像モジュール。
(4) (1)乃至(3)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記第2の接続部は、上記第2の配線部に含まれる配線のうち一部の配線の導通部を露出させることにより形成される撮像モジュール。
(5) (1)乃至(4)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記駆動部は、
上記少なくとも一部のレンズを駆動するフォーカス駆動部と、
上記少なくとも一部のレンズを、上記レンズ群の光軸方向に垂直な面内における第1の方向に駆動する第1の像振れ補正駆動部と、
上記少なくとも一部のレンズを、上記レンズ群の光軸方向に垂直な面内における上記第1の方向に対して交差する第2の方向に駆動する第2の像振れ補正駆動部と、
を備える撮像モジュール。
(6) (1)乃至(5)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記第2の接続部は、絶縁性材料で被覆されている撮像モジュール。
(7) (1)乃至(6)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記第2の配線部は、上記第2の配線部を上記レンズ群の光軸方向に投影した場合の上記第2の配線部に対する投影領域が、上記撮像素子ユニットを上記光軸方向に投影した場合の上記撮像素子ユニットの投影領域内になる位置に配置される撮像モジュール。
(8) (1)乃至(7)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記第2の配線部は、上記第1の配線部の少なくとも一部と兼用されている撮像モジュール。
(9) (1)乃至(7)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記第2の配線部は、上記第1の配線部から分岐した部分を含んでいる撮像モジュール。
(10) (1)乃至(9)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記第2の配線部は、フレキシブル基板を含んで構成される撮像モジュール。
(11) (10)に記載の撮像モジュールであって、
上記フレキシブル基板において、上記筐体の外部に延出された部分の少なくとも一部が折り畳まれている撮像モジュール。
(12) (10)又は(11)に記載の撮像モジュールであって、
上記フレキシブル基板において、上記筐体の外部に延出された部分の少なくとも一部が上記筐体の側面に固定されている撮像モジュール。
(13) (10)又は(11)に記載の撮像モジュールであって、
上記フレキシブル基板において、上記筐体の外部に延出された部分の折り曲げた内側に、上記第2の接続部が配置されている撮像モジュール。
(14) (10)乃至(13)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記筐体の外側の少なくとも一部を覆うカバー部材を更に備え、
上記カバー部材と上記筐体との隙間に、上記筐体の外部に延出されたフレキシブル基板の少なくとも一部が収納されている撮像モジュール。
(15) (1)乃至(14)のいずれか一つに記載の撮像モジュールであって、
上記撮像素子の画素ピッチが、1μm以下である撮像モジュール。
(16) (1)乃至(15)のいずれか一つに記載の撮像モジュールを備えた電子機器。
11 レンズユニット
13 撮像素子ユニット
15A,15B,15C,15D レンズ
19 レンズ駆動装置
19A フォーカス駆動装置
19B 像振れ補正駆動装置
21 フレキシブル基板
23 筐体
23a 側面
27 撮像素子
29 外部接続部
31 素子固定基板
37A ユニット接続部(第1の接続部)
37B ユニット接続部
38 開口
59 調整用端子(第2の接続部)
63 調整用端子部
100 撮像モジュール
200 撮像モジュール製造装置
203,203A,203B 素子配線部
Ax レンズ光軸
EW1 第1の配線部
EW2 第2の配線部

Claims (16)

  1. レンズ群を有するレンズユニットと、上記レンズユニットに固定され、撮像素子を有する撮像素子ユニットと、を具備する撮像モジュールであって、
    前記撮像素子ユニットは、
    前記撮像素子を支持する支持部と、前記撮像素子ユニットの外部と電気的に接続する外部接続部と、前記支持部と前記外部接続部とを接続する素子配線部と、を備え、
    前記レンズユニットは、
    前記レンズ群を構成する複数のレンズのうち少なくとも一部のレンズを、前記撮像素子に対して変位させる少なくとも1つの駆動部と、
    前記駆動部を内部に収容する筐体と、
    前記撮像素子ユニットと電気的に接続される第1の接続部と、
    前記駆動部と前記第1の接続部とを電気的に接続する第1の配線部と、
    前記筐体の外部に配置された複数の第2の接続部と、
    前記複数の第2の接続部と前記駆動部とを電気的に接続する第2の配線部と、
    を備え、
    前記第2の配線部は、前記第1の配線部が接続された前記駆動部に電気的に接続される配線を含み、少なくとも一部が、前記支持部から前記素子配線部が延出される方向に向けて前記筐体の外部に延出された撮像モジュール。
  2. 請求項1に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の配線部は、全ての前記少なくとも1つの駆動部に対して、それぞれ電気的に接続された配線を含む撮像モジュール。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の撮像モジュールであって、
    前記レンズの変位を検出するセンサを備え、
    前記第1の配線部は、前記センサと前記第1の接続部とを電気的に接続する配線を含み、
    前記第2の配線部は、前記複数の第2の接続部と前記センサとを電気的に接続する配線、及び前記第1の配線部が接続された前記センサに電気的に接続された配線を含む撮像モジュール。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の接続部は、前記第2の配線部に含まれる配線のうち一部の配線の導通部を露出させることにより形成される撮像モジュール。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記駆動部は、
    前記少なくとも一部のレンズを駆動するフォーカス駆動部と、
    前記少なくとも一部のレンズを、前記レンズ群の光軸方向に垂直な面内における第1の方向に駆動する第1の像振れ補正駆動部と、
    前記少なくとも一部のレンズを、前記レンズ群の光軸方向に垂直な面内における前記第1の方向に対して交差する第2の方向に駆動する第2の像振れ補正駆動部と、
    を備える撮像モジュール。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の接続部は、絶縁性材料で被覆されている撮像モジュール。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の配線部は、前記第2の配線部を前記レンズ群の光軸方向に投影した場合の前記第2の配線部に対する投影領域が、前記撮像素子ユニットを前記光軸方向に投影した場合の前記撮像素子ユニットの投影領域内になる位置に配置される撮像モジュール。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の配線部は、前記第1の配線部の少なくとも一部と兼用されている撮像モジュール。
  9. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の配線部は、前記第1の配線部から分岐した部分を含んでいる撮像モジュール。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記第2の配線部は、フレキシブル基板を含んで構成される撮像モジュール。
  11. 請求項10に記載の撮像モジュールであって、
    前記フレキシブル基板において、前記筐体の外部に延出された部分の少なくとも一部が折り畳まれている撮像モジュール。
  12. 請求項10又は請求項11に記載の撮像モジュールであって、
    前記フレキシブル基板において、前記筐体の外部に延出された部分の少なくとも一部が前記筐体の側面に固定されている撮像モジュール。
  13. 請求項10又は請求項11に記載の撮像モジュールであって、
    前記フレキシブル基板において、前記筐体の外部に延出された部分の折り曲げた内側に、前記第2の接続部が配置されている撮像モジュール。
  14. 請求項10乃至請求項13のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記筐体の外側の少なくとも一部を覆うカバー部材を更に備え、
    前記カバー部材と前記筐体との隙間に、前記筐体の外部に延出されたフレキシブル基板の少なくとも一部が収納されている撮像モジュール。
  15. 請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の撮像モジュールであって、
    前記撮像素子の画素ピッチが、1μm以下である撮像モジュール。
  16. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の撮像モジュールを備えた電子機器。
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