JP6524951B2 - カメラモジュール - Google Patents

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Description

本開示は、基板と、基板上に接着剤を用いて固定された鏡筒とを備えたカメラモジュールに関する。
従来、この種のカメラモジュールとしては、例えば特許文献1に記載のものがある。従来のカメラモジュールは、レンズと、レンズからの光が結像する撮像素子と、撮像素子を保持する基板と、レンズ及び基板を保持するケースと、を備えている。
ケースには、レンズの光軸方向に延びる支持部材が設けられ、基板には、支持部材の外径よりも内径が大きく、支持部材が挿通された貫通孔が開口し、基板は、液化した状態から固化する固定手段により、支持部材の側面に対して固定されることによりケースに保持され、撮像素子及び基板は、レンズ及びケースから離間しており、固定手段及び支持部材のみにより、ケースに対して位置決めされている。
特許第4652149号公報
しかしながら、従来のカメラモジュールでは、経年劣化等により、固定手段(接着剤等)の強度が減り、撮像素子(即ち、イメージセンサ)に対するケース(即ち、保持部)の位置がずれることがあった。その結果、レンズが入射光を撮像素子上に正しく結像出来なくなることがあった。
本開示の目的は、イメージセンサに対する保持部の位置がずれにくいカメラモジュールを提供することである。
本開示は、第一主面と、前記第一主面と所定方向において対向する第二主面と、を有し、前記第一主面上にイメージセンサが実装された基板であって、前記第一主面側から前記所定方向に向かう少なくとも一つの貫通孔が形成された基板と、前記第一主面側から前記貫通孔に入れられたボスを有すると共に、少なくとも一つのレンズを保持する保持部と、接着剤が硬化してアンカー形状をなし、前記貫通孔に入れられたボスを固定する固定部と、前記第二主面側から前記貫通孔を覆うカバーと、を備え、前記ボスの周囲には溝が形成されており、前記カバーは、前記所定方向に向かって窪んでおり、前記所定方向からの平面視で、前記貫通孔の開口部からはみ出た形状を有する開口部が前記カバーには形成される、カメラモジュールに向けられる。

本開示によれば、イメージセンサに対する保持部の位置がずれにくいカメラモジュールを提供することが出来る。
本開示の第一実施形態に係るカメラモジュールの部分断面図 図1に示すカメラモジュールの斜め上方から見た時の分解図 図1に示すカメラモジュールを斜め下方から見た時の分解図 図1に示すイメージセンサの縦断面図 図1に示す保持部および第一レンズ等の縦断面図 図1に示すカバーの好ましい構成を示す縦断面図 図7に示すカバーの底面図 図7に示すカバーのテーピング形態を示す図 図1に示すカメラモジュールの要部を示す縦断面図 本開示の第二実施形態に係るカメラモジュールの要部を示す縦断面図 図10のカバーの底面図 本開示の第三実施形態に係るカメラモジュールの部分断面図 図12に示すカメラモジュールの斜め上方から見た時の分解図 図12に示すカメラモジュールを斜め下方から見た時の分解図 図12に示すカメラモジュールの要部を示す縦断面図
<1.定義>
上記各図において、z軸は、各レンズ7a〜7dやイメージセンサ5の光軸が延在する光軸方向を示す。x軸およびy軸のそれぞれはz軸と直交する方向を示す。また、x軸およびy軸は互いに直交する。また、z軸方向の逆方向が所定方向αの一例である。
<2.第一実施形態>
次に、上記図面を参照して、本開示の第一実施形態に係るカメラモジュール1について詳説する。
<2−1.カメラモジュール1の構成>
図1〜図3において、カメラモジュール1は、車載用途、より具体的には、車両の後方、側方または前方の監視用カメラ、もしくは、車両周囲の人、他車両または道路上の白線の自動認識用に使用される。
カメラモジュール1は、大略的には、基板3と、イメージセンサ5と、少なくとも一つのレンズ7と、保持部としての鏡筒9と、少なくとも一つのカバー11と、電子部品13と、接続部品15と、固定部(接着剤)17と、を備えている。
基板3は、エポキシ等の樹脂をガラス繊維に含浸させた所謂ガラエポ等からなり、プリント配線基板となっている。また、基板3は、第一主面3aと、所定方向αにおいて第一主面3aと対向する第二主面3bと、を有する。
第一主面3aには、イメージセンサ5が実装される。イメージセンサ5は、典型的に、CCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサであり、入射光を光電変換する。イメージセンサ5は、画素毎に電荷を順次取り出して、画像や映像を表す電気信号を生成し増幅等した後に出力する。
具体的には、図4に示すように、イメージセンサ5において、ダイ51は、支持基板52に載置された状態で、ボンディングワイヤ53等で支持基板52上の配線パターンと電気的に接続される。また、ダイ51の上方には、ダイ51から僅かな隙間を介してガラス54が配置される。このガラス54は、パッケージ55に接着材56等で固定される。また、支持基板52の裏面には、複数の電極57が設けられる。上記構成のイメージセンサ5は、複数の電極57を用いて、表面実装工法等で基板3上に実装される。なお、各電極57には、はんだボール58が設けられることもある。
ここで、図1,図3を再度参照する。基板3において、以上のイメージセンサ5の周囲には、少なくとも一つの孔h1が形成される。本実施形態では、少なくとも一つの孔h1としての二個の孔h1a,h1bが、イメージセンサ5の対角周辺に形成される。また、本実施形態では、孔h1a,h1bは、第一主面3a側から第二主面3b側に貫通する貫通孔h1a,h1bであって、円柱状の形状を有する。なお、この貫通孔h1a,h1bは、メッキスルーホールでも良い。この場合、基板3のエッジ(即ち、貫通孔h1a,h1bの周縁)からダストが発生することを防止出来る。
本実施形態では、少なくとも一つのレンズ7は、図5に示すように、第一レンズ7aと、第二レンズ7bと、第三レンズ7cと、第四レンズ7dと、を含む。第一レンズ7aないし第四レンズ7dはそれぞれ、ガラスまたは樹脂で作製される。また、第一レンズ7aないし第四レンズ7dは、この順番で光路上流側から所定方向αに並べられ、かつ互いに光軸合わせされた状態で、後述のように鏡筒9に保持される。第一レンズ7aは、本カメラモジュール1の被写体に最も近いレンズである。第二レンズ7bないし第四レンズ7dは、第一レンズ7aへの入射光を、イメージセンサ5上に結像する。
鏡筒9は、大略的には筒状の形状を有しており、少なくとも一つのレンズ7を保持する。具体的には、第一レンズ7aないし第四レンズ7dは、鏡筒9の第一保持部91aないし第四保持部91dに保持され、接着剤等により固定される。
また、鏡筒9における所定方向α側の端部は、図2,図3に示すように、基板支持部92となっている。基板支持部92は、後述の接着剤17により基板3の第一主面3a上に当接または近接した状態で支持される。
また、基板支持部92における所定方向α側の端面からは、所定方向αに向かって、少なくとも一つのボス93が突出する。より具体的には、少なくとも一つのボス93は、少なくとも一つの孔h1と、xy平面上で概ね同じ位置に形成される。また、少なくとも一つのボス93は、少なくとも一つの孔h1に入り込むことが可能なサイズに設計される。
本実施形態では、少なくとも一つのボス93として、二個のボス93a,93bが例示される。ここで、ボス93aおよびボス93bの間の空間距離は、鏡筒9を基板3上に安定的に支持させるため、極力大きくされることが好ましい。
また、少なくとも一つのボス93の周面には、例えば周方向に沿って溝94が形成されることが好ましい。本実施形態の場合、各ボス93a,93bの周面に溝94a,94bが形成される。
少なくとも一つのカバー11は、ブリキ等の金属で作製されることが好ましい。また、本実施形態では、少なくとも一つのカバー11は、図1等に示すように、二個のカバー11a,11bを含む。各カバー11a,11bは、大略的には、帽子のような形状を有する。各カバー11a,11bにおいて、z軸方向側の端部は開口部になっており、所定方向α側の端部は閉止されている。本実施形態では、各開口部の径は、各貫通孔h1a,h1bの径よりも大きい値に設計される。
また、各カバー11a,11bの側壁には、少なくとも一つの切欠き111が形成されていることが好ましい。本実施形態では、図6,図7に例示するように、各カバー11a,11bには、二個の切欠き111a,111bが形成される。以上の切欠き111a,111bは、本カメラモジュール1の製造工程において空気抜き等のために使用される。
複数のカバー11は基板3の第二主面3bに表面実装工法により実装される。図8は、複数のカバー11がテーピングされた状態で梱包された様子を示している。図8において、キャリアテープ191側には、各カバー11の形状に合わせて複数のエンボスが引出方向βに沿って形成されると共に、各カバー11の切欠き111に合わせてエンボス192が引出方向βに平行に形成される。
再度図1〜図3を参照する。第一主面3aおよび第二主面3b上には、電子回路が形成されると共に、電子部品13または接続部品15が実装される。電子部品13は、チップ抵抗、チップコンデンサおよび集積回路等であり、接続部品15は、コネクタ等である。ここで、コネクタは、図示しない外部基板上の電子回路や電源回路と接続するために使用される。このコネクタを介して、イメージセンサ5等に駆動電圧が供給されると共に、イメージセンサ5からの電気信号が外部基板上の電子回路に伝送される。電子部品13および接続部品15は、表面実装工法等で実装される。なお、図示が煩雑になることを避けるため、各図においては一個の電子部品にのみ参照符号を付している。また、基板3内に、電子部品13や電子回路が設けられることもある。
<2−2.カメラモジュール1の組み立て>
次に、カメラモジュール1の組み立て方法について詳説する。
イメージセンサ5は表面実装工法等で基板3の第一主面3aに実装される。イメージセンサ5に関しては、図4のパッケージ品の表面実装に限らず、ダイ51(図4を参照)を基板3に直接固定してボンディングワイヤ等で基板3上の電子回路と電気的に接続されても構わない。
また、電子部品13および接続部品15は、表面実装工法等で基板3に実装される。
また、図2,図3に示すように、カバー11a,11bは、表面実装工法等で、基板3の第二主面3b側から貫通孔h1a,h1b上に実装される。より具体的には、図9から明らかなように、所定方向αからの平面視で、カバー11a,11bの開口部の周縁が、貫通孔h1a,h1bの周縁からはみ出るように、カバー11a,11bは第二主面3bに表面実装される。さらに具体的には、図9の例では、所定方向αからの平面視で、カバー11a,11bの開口部の周縁が、貫通孔h1a,h1bの周縁を内包するよう、カバー11a,11bは第二主面3bに表面実装される。従って、カバー11a,11bにおける開口部の周縁は、貫通孔h1a,h1bの周縁に対し貫通孔h1a,h1bの中心軸から遠ざかる方向(即ち、遠心方向)に、ギャップgだけオフセットされる。
次に、硬化後に固定部17となる接着剤(以下、便宜上、接着剤17という)が準備される。接着剤17としては、アクリル系またはエポキシ系の樹脂でUV硬化、熱硬化するものが利用可能である。他にも、自然硬化、二液硬化の接着剤17でも代用可能である。
次に、接着剤17は、図2に示すように、第一主面3aにおいてイメージセンサ5の周辺の領域に、ある程度の厚さで塗布される。より具体的には、接着剤17は、ボス93a,93bを貫通孔h1a,h1bに入れた時に、基板支持部92が第一主面3aに当接する領域に塗布される。なお、接着剤17は、基板支持部92が第一主面3aと当接する領域全周にわたって隙間なく塗布されても良い。他にも、基板支持部92が第一主面3aと当接する領域において、対角二点等、光軸調整後に接着剤17により鏡筒9と基板3とが固定可能な数点に限定して、接着剤17が塗布されても良い。
次に、図3に示すように、鏡筒9を第一主面3aの上方から接近させながら、鏡筒9のボス93a,93bが貫通孔h1a,h1bに入れられる。その後、接着剤17は、図9に示すように、貫通孔h1a,h1b、カバー11a,11bに隙間が生じないよう十分に充填される。この時、切欠き111a,111b(図7を参照)からは空気が抜けるため、接着剤17はカバー11a,11bの内部に隙間なく充填される。さらに、作業者は切欠き111a,111bから接着剤17がはみ出てくれば、接着剤17の充填量が適切であることを認識出来る。
次に、接着剤17の充填の完了と同時に、全レンズ7a〜7dの焦点と、イメージセンサ5の撮像面の光軸とが一致するように光軸合わせが実施される。この時、イメージセンサ5に対する全レンズ7a〜7dのx,y,z軸方向位置が調整されると共に、イメージセンサ5の光軸に対する全レンズ7a〜7dの光軸の傾きが調整される。
光軸合わせが完了すると、接着剤17はUV照射によりUV硬化させ、鏡筒9と基板3の位置が仮固定される。その後、接着剤17は恒温槽等で熱硬化にさせられ、これにより、鏡筒9と基板3の位置が本固定される。なお、接着剤17は、接着剤の硬化特性により、UV硬化なしでの熱硬化、自然硬化または二液硬化等でも良い。以上のようにして硬化した接着剤17が固定部17として機能する。
また、カバー11a,11bは、必要であれば、基板3に設けられたグランドパターンに電気的に接続されても良い。この場合、カバー11a,11bはさらに、カメラモジュール1の周囲を囲むシールドや筐体のグランドにも接続される。
<2−3.固定部17の作用・効果>
以上の実施形態では、カバー11a,11bにおける開口部の周縁は、貫通孔h1a,h1bの周縁に対し遠心方向にオフセットされる(図9を参照)。従って、接着剤17が、第一主面3a側から貫通孔h1a,h1bに充填され、カバー11a,11bの内部に隙間が生じることなく十分に入り込み、接着剤17が第二主面3bまで及んだ後に硬化する。これによって、固定部17は、図9に示すようにアンカー形状をなし、接着剤17の接着力が経年劣化により低下したり、固定部17が基板3から剥がれて隙間が生じたりしたとしても、固定部17はアンカー効果により基板3に対し実質的に変位しない。その結果、鏡筒9と基板3の位置ずれを防止出来、ひいては、全レンズ7a〜7dとイメージセンサ5との光軸のずれを防止することが出来る。
また、ボス93a,93bに溝94a,94bが形成されることで、固定部17は、図9に示すように、より複雑なアンカー形状をなすため、全レンズ7a〜7dとイメージセンサ5との光軸のずれをより良好に防止することが出来る。
また、付加的な作用・効果として、カバー11a,11bのそれぞれに、少なくとも一つの切欠き111が形成されることで、接着剤17の充填時に空気が抜けるため、カバー11a,11bに接着剤17を隙間なく充填することが可能となる。
また、切欠き111から接着剤がはみ出ることで、カバー11a,11bの内部に接着剤17が隙間なく十分に充填された事を確認することが出来る。
また、カバー11a,11bを金属製とすることで、第二主面3bにカバー11a,11bを半田で簡単に表面実装することが出来る。
また、カバー11a,11bは、基板3のグランドパターンに電気的に接続され、さらに、カメラモジュール1の周囲を囲むシールドや筐体のグランドにも接続される。これにより、基板3のグランド電位が安定的になるため、EMCノイズ等に対する耐性を強化できる。
また、図8に示すように、キャリアテープ191に引出方向βに平行なエンボス192が形成され、エンボス192に各カバー11の切欠き111がかぶせられる。これにより、全てのカバー11に形成された切欠き111の位置がキャリアテープ191において固定されるため、表面実装機は、基板3にカバー11を実装する際、各カバー11に形成された切欠き111の向きを所定方向に揃えることが出来る。これにより、切欠き111からはみ出た接着剤17が他に部品に掛かることを避けることが出来る。
<3.第二実施形態>
次に、図10および図11を参照して、本開示の第二実施形態に係るカメラモジュール1aについて詳説する。
<3−1.カメラモジュール1aの構成>
図10,図11において、カメラモジュール1aは、前述のカメラモジュール1と比較すると、基板3に少なくとも一つの孔h1に代えて少なくとも一つの孔h2が形成される点と、少なくとも一つのカバー11に代えて少なくとも一つのカバー21を備えている点とで相違する。それ以外に両カメラモジュール1,1aの間に相違点は無い。それ故、図10,図11において、図7,図9に示す構成に相当するものには同一参照符号を付け、それぞれの説明を控える。
少なくとも一つの孔h2は、前述の少なくとも一つの孔h1と比較すると、形状面で相違する。それ以外に両孔h1,h2の間に相違点は無い。それ故、両孔h1,h2の間の共通点については説明を控える。
孔h2は、本実施形態でも、第一主面3a側から第二主面3b側に貫通する貫通孔h2である。また、孔h2において、第一主面3a側の開口部分は、第二主面3b側の開口部分よりも小さな径を有する。
また、少なくとも一つのカバー21は、大略的には、円形の板の所定部分に切欠き211が形成された部材である。具体的には、カバー21は、孔h2における第二主面3b側の開口部の径よりも大きな径を有する。また、カバー21の中心から切欠き211までの最短距離は、孔h2における第二主面3b側の開口部の径よりも小さくなっている。
<3−2.カメラモジュール1aの組み立て>
次に、カメラモジュール1aの組み立て方法について説明する。
まず、第2−2欄での説明と同様に、イメージセンサ5、電子部品13および接続部品15が表面実装工法等で基板3に実装される。
また、図10,図11に示すように、少なくとも一つのカバー21が、表面実装工法等で、基板3の第二主面3b側から貫通孔h2上に実装される。より具体的には、所定方向αからの平面視で、カバー21の外周線が、貫通孔h2の周縁からはみ出るように、カバー21は第二主面3bに表面実装される。さらに具体的には、所定方向αからの平面視で、カバー21の円板部分の周縁が貫通孔h2の周縁の外部にあり、かつ、切欠き211が貫通孔h2の周縁と交差するように、カバー21は第二主面3bに表面実装される。
次に、硬化後に固定部17となる接着剤17が、第2−2欄での説明と同様、貫通孔h2とカバー21とで形成される空間に第一主面3a側の開口部分から充填される。以降は、第2−2欄で説明した通りである。
<3−3.固定部17の作用・効果>
以上の実施形態でも、第2−3欄での説明と同様、接着剤17が、第一主面3a側から貫通孔h2の内部に隙間が生じることなく十分に入り込んだ後に、硬化する。これによって、固定部17は、図10に示すようにアンカー形状をなし、接着剤17の接着力が経年劣化により低下する等しても、固定部17はアンカー効果により基板3に対し実質的に変位しない。その結果、鏡筒9と基板3の位置ずれを防止出来、ひいては、全レンズ7a〜7dとイメージセンサ5との光軸のずれを防止することが出来る。
他の作用・効果については、第2−3欄での説明と同様であるため、それぞれの説明を控える。
<3−4.付記>
なお、基板3が多層基板であれば、多層基板における所定方向α側の少なくとも一層にカバー21と同様の機能を持たせ、残りの複数層に貫通孔h2と同様の形状の半貫通孔を形成すること可能である。
<4.第三実施形態>
次に、図12〜図15を参照して、本開示の第三実施形態に係るカメラモジュール1bについて詳説する。
<4−1.カメラモジュール1bの構成>
図12〜図15において、カメラモジュール1bは、前述のカメラモジュール1と比較すると、大略的には、少なくとも一つのカバー11が無い点で相違する。それ以外に両カメラモジュール1,1bの間に相違点は無い。それ故、図12〜図15において、図1〜図9に示す構成に相当するものには同一参照符号を付け、それぞれの説明を控える。
<4−2.カメラモジュール1bの組み立て>
次に、カメラモジュール1bの組み立て方法について説明する。
まず、第2−2欄での説明と同様に、イメージセンサ5、電子部品13および接続部品15が表面実装工法等で基板3に実装される。
次に、図15に示す冶具31が準備される。この冶具31において、z軸方向側の端面(以下、上面という)は実質的にxy平面と平行になっている。この冶具31の上面において、少なくとも一つの貫通孔h1に対応して、凹部(ザグリ)311が設けられる。本実施形態では、貫通孔h1a,h1bが形成されるので、それらに対応する位置には、凹部(ザグリ)311a,311bが形成される。凹部311a,311bのそれぞれにおいて開口部の径は、各貫通孔h1a,h1bの径よりも大きい値に設計される。
上記のような冶具31に、イメージセンサ5等が実装された基板3が取り付けられる。より具体的には、図15に示すように、所定方向αからの平面視で、凹部311a,311bの開口部の周縁が、貫通孔h1a,h1bの周縁からはみ出るように、基板3が冶具31に取り付けられる。さらに具体的には、所定方向αからの平面視で、凹部311a,311bの開口部の周縁が、貫通孔h1a,h1bの周縁を内包するよう、基板3は冶具31に取り付けられる、従って、凹部311a,311bにおける開口部の周縁は、貫通孔h1a,h1bの周縁に対し貫通孔h1a,h1bの中心軸から遠ざかる方向に、ギャップgだけオフセットされる。
次に、硬化後に固定部17となる接着剤17が、第2−2欄での説明と同様、貫通孔h1a,h1bと凹部311a,311bで形成される空間に、第一主面3a側の開口部分から充填される。
次に、接着剤17の充填の完了と同時に、第2−2欄での説明と同様、光軸合わせが実施される。以降は、第2−2欄で説明した通りである。
<4−3.固定部17の作用・効果>
以上の実施形態でも、第2−3欄での説明と同様、接着剤17が、第一主面3a側から貫通孔h1a,h1bの内部に隙間が生じることなく十分に入り込んだ後に、硬化する。これによって、固定部17は、図15に示すようにアンカー形状をなし、接着剤17の接着力が経年劣化により低下する等しても、固定部17はアンカー効果により基板3に対し実質的に変位しない。その結果、鏡筒9と基板3の位置ずれを防止出来、ひいては、全レンズ7a〜7dとイメージセンサ5との光軸のずれを防止することが出来る。
他の作用・効果については、第2−3欄での説明と同様であるため、それぞれの説明を控える。
本開示のカメラモジュールは、イメージセンサに対する保持部の位置がずれにくく、車載用途等に好適である。
1,1a,1b カメラモジュール
3 基板
3a 第一主面
3b 第二主面
h1,h2 孔
5 イメージセンサ
7 レンズ
9 鏡筒(保持部)
93 ボス
94 溝
11,21 カバー
111,211 切欠き
17 固定部(接着剤)

Claims (4)

  1. 第一主面と、前記第一主面と所定方向において対向する第二主面と、を有し、前記第一主面上にイメージセンサが実装された基板であって、前記第一主面側から前記所定方向に向かう少なくとも一つの貫通孔が形成された基板と、
    前記第一主面側から前記貫通孔に入れられたボスを有すると共に、少なくとも一つのレンズを保持する保持部と、
    接着剤が硬化してアンカー形状をなし、前記貫通孔に入れられたボスを固定する固定部と、
    前記第二主面側から前記貫通孔を覆うカバーと、を備え、
    前記ボスの周囲には溝が形成されており、
    前記カバーは、前記所定方向に向かって窪んでおり、
    前記所定方向からの平面視で、前記貫通孔の開口部からはみ出た形状を有する開口部が前記カバーには形成される、カメラモジュール。
  2. 前記カバーには切欠きが形成されている、請求項に記載のカメラモジュール。
  3. 前記カバーは、導体からなり、前記基板に設けられたグランドと電気的に接続される、請求項1または2に記載のカメラモジュール。
  4. 記固定部は、前記貫通孔から前記所定方向に突出すると共に、前記第二主面の少なくとも一部を覆っている、請求項1から3のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
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