JP6630226B2 - 撮像モジュールおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像モジュールおよび撮像装置に関する。

撮像モジュールを備えた車載用の撮像装置としては、例えば、特許文献１に記載のような構成が知られている。特許文献１に記載の撮像モジュールは、光を電気信号に変換する撮像素子が搭載され、貫通孔を有した撮像基板と、撮像素子に被写体光を集光するレンズ部材と、貫通孔に挿入された状態で撮像基板と接着されるとともにレンズ部材と接着されて、撮像基板とレンズ部材とを所定の間隙を維持して重ね合わせた状態で固定する支持ピンとを具備している。支持ピンは撮像基板に半田で接着されており、樹脂等の接着剤を用いて接着することも記載されている。

特開２００７−１７４３５８号公報

しかしながら、貫通孔に挿入された支持ピンを接着剤により撮像基板に接着する構成の場合、接着剤の塗布形状のばらつきが原因で、温度変化等による接着剤の膨張収縮により光軸がずれるおそれがあった。

本発明の第１の態様による撮像モジュールは、撮像素子が実装され、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔を貫通するように挿通される支持ピンを有し、前記撮像素子に被写体像を結像する光学系を保持する保持部と、前記貫通孔に設けられ、前記基板と前記支持ピンとを固定する接着剤と、を備え、前記支持ピンの少なくとも先端部分は、ピン根元側からピン先端に向けて先細りの形状であり、前記先端部分の先端を含む少なくとも一部に、前記接着剤の付着を防止する被膜が形成されている。

本発明によれば、接着剤の膨張収縮によるフォーカスずれを低減することができる。

図１は、多眼撮像装置の概略構成を示す図である。 図２は、撮像モジュールの断面図である。 図３は、比較例を説明する図である。 図４は、第１の実施の形態における支持ピンを説明する図である。 図５は、支持ピンの形状の他の例を示す図である。 図６は、支持ピンの変形例を示す図である。 図７は、支持ピンの他の変形例を示す図である。 図８は、第２の実施の形態を説明する図である。 図９は、接着剤形状の形成方法の一例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、撮像装置の一例である車載用の多眼撮像装置１００の概略構成を示す図である。この多眼撮像装置１００は、センターボディ１３０の両端に２台の撮像モジュール１１０を備えている。２台の撮像モジュール１１０は互いの光軸が凡そ平行であり、所定の距離（基線長）だけ離れた位置に設置されている。多眼撮像装置１００では、２台の撮像モジュール１１０から得られた画像の視差から、物体との距離を求めることができる。

センターボディ１３０の両端には、撮像モジュール１１０のモジュールホルダ１１１がそれぞれ設けられている。モジュールホルダ１１１は、ベース部１１１ａと筒部１１１ｂとを備える。筒部１１１ｂにはレンズを備えたレンズ鏡筒１１２が装着されている。レンズ鏡筒１１２の背面側には、撮像素子５等を搭載する基板２が固定される。撮像素子５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等により構成される。

センターボディ１３０には、画像処理ＩＣ１３１、マイコン１３２およびコネクタ１３３等が設けられている。画像処理ＩＣ１３１は、撮像モジュール１１０との間で各種の制御信号やアナログ撮像信号の送受信を行い、受信したアナログ撮像信号をデジタル信号に変換して、撮像された対象物までの距離や大きさ等の算出を行う。マイコン１３２は、画像処理ＩＣ１３１を制御する制御回路である。コネクタ１３３は、電源を供給するとともに、画像処理ＩＣ１３１により処理された撮像画像等を外部機器に出力する。

図２は、撮像モジュール１１０のレンズ鏡筒１１２および基板２を示す断面図である。レンズ鏡筒１１２は、１以上のレンズ６と、レンズ６を保持する保持部１１３とを備えている。保持部１１３は、筒部１１３ａと、支持ピン１１４が設けられたベース部１１３ｂとを備えている。支持ピン１１４はベース部１１３ｂと一体に形成されても良いし、別体でも良い。撮像素子５が搭載された基板２には、支持ピン１１４が挿通される貫通孔２０が形成されている。支持ピン１１４と基板２とは、貫通孔２０に設けられた接着剤４によって固定される。接着剤４には、例えば、紫外線硬化型の接着剤が用いられる。

支持ピン１１４と基板２との接着固定作業においては、貫通孔２０の部分に接着剤を塗布しておき、そこへ支持ピン１１４の先端を挿入し、レンズの焦点と撮像面とが一致するように基板２に対してレンズ鏡筒１１２の位置を調整する。そして、位置調整後に、接着剤４の部分にＵＶ光を照射して接着剤４を硬化させる。

なお、図２に示す例では、接着剤４とは別に、ベース部１１３ｂと基板２との隙間を封止するように、接着剤７が撮像素子５を囲むように設けられている。この接着剤７は接着剤４の硬化後に追加的に施されるもので、強度の保持や信頼性をさらに向上させることができる。

図２に示す実施形態では、支持ピン１１４の形状に特徴がある。まず、図３の比較例を用いて、従来の問題点について説明する。従来の撮像モジュールの場合、支持ピン２１４は円柱状のピンであって、先端面２１４ａは平面状になっているのが一般的である。本実施の形態では、基板２の貫通孔２０に接着剤を配置した後に、貫通孔２０に支持ピン２１４を挿入する。そして、ＵＶ光を照射して接着剤４を硬化させるようにしている。

なお、このように貫通孔２０に支持ピン２１４を挿入した後に接着剤４を注入するのではなく、貫通孔２０に接着剤４を注入した後に支持ピン２１４を挿入するようにしているのは、以下のような理由からである。貫通孔２０に支持ピン２１４を挿入した後に接着剤４を注入する構成の場合、注入作業の作業スペースの制約により、注入作業が非常に難しい。そのため、製造コストの上昇を招く。また、貫通孔２０と支持ピン１１４との隙間は比較的小さいため、その隙間内に粘性の比較的高い接着剤４を注入するので、十分に注入できずに空隙が発生しやすい。

このように、貫通孔２０に接着剤４を配置した後に支持ピン２１４を挿入する場合に、円柱状の支持ピン２１４の先端面２１４ａが平坦であると、図３（ｂ）に示すように貫通孔２０内の接着剤が支持ピン２１４の先端面２１４ａにより押し出され、その周囲の接着剤４も引きずられるように裏面側に盛り上がるようになる。すなわち、ピン先端の全体に接着剤４が付着した形状となる。その結果、接着剤４のフィレット４０が、支持ピン２１４と貫通孔２０との間に形成されることになる。また、図３（ｃ）に示すように、支持ピン２１４が接着剤４の部分を貫通した場合には、先端面２１４ａの上に多量の接着剤４が付着して、貫通孔２０内の接着剤４が不足気味になってしまう。

図３（ｂ）に示すように接着剤４のフィレット４０が形成されると、例えば、環境温度の低下で接着剤４が収縮した場合、矢印Ｆ１，Ｆ２で示すような力が支持ピン２１４の接着部に発生する。その力はフィレット４０が大きいほど大きく、支持ピン２１４の軸方向の位置ズレ量も大きくなり、光学系のフォーカスずれが問題となる。支持ピン２１４のように先端が平坦である場合、先端面２１４ａによって接着剤４が押し出され、それに引きずられるようにフィレット４０が形成されるので、フィレット４０が大きくなりやすい。特に、図３（ｂ）のように支持ピン２１４の先端部分が覆われるように接着剤４が突出すると、支持ピン２１４の上方への移動量も大きくなる。このような支持ピン１１４の移動は、接着剤４が硬化する際においても発生する。逆に、環境温度の上昇により接着剤４が膨張した場合、収縮の場合と逆方向の力が発生し、レンズ６が撮像素子５に近づく方向に位置ズレすることになる。

一方、図３（ｃ）に示す場合、貫通孔２０内の接着剤の量が減少することになる。その結果、接着強度が確保できず、信頼性が保持できない可能性があり、強度が弱いことを起因とするレンズの微小な動きで光軸ずれが発生する可能性がある。

図４は、撮像モジュール１１０の支持ピン１１４を説明する図である。支持ピン１１４は、先端部分１１４ａがピン根元側からピン先端に向けて先細りの形状になっている。具体的には、先端部分１１４ａは下側に窄まるような円錐形状になっている。そのため、支持ピン１１４の先端の面積が図３に示した支持ピン２１４に比べて小さくなり、接着剤４の下面４２が貫通孔２０の下側の開口面２０ｂよりも大きく突出する前に、支持ピン１１４の先端が接着剤４を貫通することになる。

その結果、接着剤４が支持ピン１１４の先端部分を覆うように突出するのを防止することができる。さらに、接着剤４の下面４２の開口面２０ｂからの突出、すなわちフィレット４０の大きさを小さく抑えることができる。その結果、接着剤４の上面４１が貫通孔２０内へ引きずり込まれる程度も小さくなる。よって、接着剤４の膨張収縮による支持ピン１１４の図示下方または図示上方への移動量を、従来に比べて小さく抑えることができる。接着剤の膨張収縮は温度変化や湿度変化によって生じるが、図４のような構造にすることにより温度変化や湿度変化による移動量を小さく押さえることが出来るため製品動作時に製品自体の温度が上昇した場合でも、接着部での位置ずれを抑えることが出来る。つまり、製品の温度特性が向上する。

図４に示す支持ピン１１４の形状は、ピン根元側からピン先端に向けて先細りとなる形状の一例であり、例えば、図５に示すような形状であっても良い。上述した図４に示す支持ピン１１４では、先端部分１１４ａの先端が尖っていたが、図５（ａ）に示す支持ピン１１４の場合には、先端部分１１４ａの先端は平面状になっている。この場合も、図３に示す円柱状の支持ピン２１４の先端面２１４ａと比べて、先端面１１４ｂの面積を十分小さくすることができる。その結果、支持ピン１１４の先端が接着剤４を貫通しやすくなり、図３（ｂ）のように支持ピン１１４の先端が接着剤４で覆われるのを防止することができる。さらに、接着剤４の下面４２が下方向に大きく突出する前に支持ピン１１４の先端が下面４２を貫通するので、図３（ｂ）の場合に比べてフィレット４０の大きさを小さく抑えることができる。その結果、接着剤４が膨張収縮した場合の支持ピン１１４の軸方向のズレを小さく抑えることができる。

図５（ｂ）に示す支持ピン１１４の場合、図４の場合と比べて円錐形状を成す先端部分１１４ａの高さを小さく抑えている。この場合も、図４に示す支持ピン１１４に比べると先端部分の角度αは大きいが、支持ピン２１４のように円柱状ピンに比べて接着剤４を貫通しやすいので、接着剤４によってピン先端部が覆われるのを防止できると共に、接着剤４の開口面２０ｂ（図４参照）からの突出を抑制することができる。その結果、接着剤４が膨張収縮した場合の支持ピン１１４の軸方向の移動を低減することができる。

図５（ｃ）に示す支持ピン１１４の場合、円柱状の支持ピン１１４の先端部分１１４ａを斜めにカットしたような形状となっている。カット面１１４ｃは長円形状になっている。この場合も、先端部分１１４ａは先端に向けて先細り形状であるため接着剤４を貫通しやすい。そのため、ピン先端部が覆われるように接着剤４が形成されるのを防止できると共に、接着剤４の開口面２０ｂ（図４参照）からの突出が抑制され、接着剤４の膨張収縮に伴う支持ピン１１４の軸方向のズレを低減することができる。

図６は、支持ピン１１４の変形例を示す図である。図６に示す支持ピン１１４は、図５（ｂ）に示した支持ピン１１４にリング状の溝１１４ｄを形成したものである。矢印Ａのように支持ピン１１４を図示下方に押し下げると、先端部分１１４ａが接着剤４を貫通し、接着剤４の下面４２が下方に盛り上がった状態となり、フィレット４０が形成される。

この状態から支持ピン１１４をさらに下げると、フィレット４０の部分も下方に引きずられつつ上方に戻ろうとする力が働く。このとき、支持ピン１１４の周面に溝１１４ｄが形成されていると、この部分で急激に径寸法が細くなるので、支持ピン１１４に付着しようとする力が小さくなり、図６（ｂ）に示すように、下面４２が上方に移動しやすくなる。その結果、フィレット４０の部分が小さくなり、接着剤４が膨張収縮した際の支持ピン１１４の軸方向の移動を小さく抑えることができる。

図７は、他の変形例を示す図である。図７は支持ピン１１４の断面を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）の断面形状は、図５の（ａ）〜（ｃ）に示した支持ピン１１４の断面形状に対応している。図７に示す変形例では、さらに、支持ピン１１４の先端を含む先端部分１１４ａの少なくとも一部に、接着剤４の付着を防止する被膜１１５を形成した。図７に示す例では、符号Ｂで示す範囲に被膜１１５を形成した。

このように、範囲Ｂに接着剤４の付着を防止する濡性の低い物質から成る被膜１１５を形成することで、この部分に接着剤４が付着し難くなる。その結果、図４に示すフィレット４０の大きさをより小さくすることができ、接着剤４の膨張収縮に伴う支持ピン１１４の軸方向の移動を抑制することができる。

被膜１１５としては種々のものが考えられ、例えば、フッ素樹脂系、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、メラミン樹脂系の材料があるが、接着剤４をはじくことが出来るようなものであれば材質は問わない。また、被膜１１５の形成方法としては、塗装、プラズマ処理やオゾン処理などの一般的な表面処理が考えられる。

上述したように、第１の実施の形態では、撮像モジュール１１０は、撮像素子５が実装され、貫通孔２０が形成された基板２と、貫通孔２０を貫通するように挿通される支持ピン１１４を有し、撮像素子５に被写体像を結像するレンズ６を保持する保持部１１３と、貫通孔２０に設けられ、基板２と支持ピン１１４とを固定する接着剤４と、を備え、支持ピン１１４の少なくとも先端部分１１４ａは、ピン根元側からピン先端に向けて先細りの形状である。

このように支持ピン１１４の先端部分１１４ａの形状を先端に向けて先細り形状とすることによって、先端部分１１４ａが接着剤４を貫通しやすくなる。それにより、図３（ｂ）のように支持ピン１１４の先端を含む領域が接着剤４によって覆われてしまう状況を回避することができ、支持ピン１１４から貫通孔２０の縁にかけて形成される接着剤４のフィレット４０を低減することが可能となる。その結果、接着剤４の膨張収縮による支持ピン１１４の軸方向の移動を低減することができる。

さらに、図７に示すように、支持ピン１１４の先端部分１１４ａの先端を含む少なくとも一部に、接着剤４の付着を防止する被膜（例えば、フッ素樹脂系の被膜）１１５を形成するのが好ましい。それにより、支持ピン１１４の先端が接着剤４で覆われてしまうのを防止する効果がより高まり、接着剤４の膨張収縮による支持ピン１１４の軸方向の移動を低減することができる。

また、図２に示す構成では、保持部１１３と支持ピン１１４とを一体に形成したが、別体であっても構わない。例えば、保持部１１３と支持ピン１１４とを樹脂等により一体成形することで、コスト低減を図ることができる。

なお、図２に示すように、上述したような支持ピン１１４を貫通孔２０に通して基板２と接着した状態で、接着剤７が撮像素子５を囲むように備えられている構成とすることで、信頼性試験後の軸方向への位置ずれ量や、温度に依存した軸方向への位置ずれ量を小さく抑えることができる。また、接着剤４を硬化させた際に支持ピン１１４の位置が貫通孔２０の中心からずれてしまった場合においても、支持ピン１１４を用いた基板２への接着に加えて接着剤７を併用していることで、基板平面方向や軸方向への位置ずれを抑制することができるため、温度特性や信頼性試験後の位置ずれに影響を与えない。

−第２の実施の形態−
図８は第２の実施の形態を説明する図であり、支持ピン１１４と基板２との固定部（接着部）を示したものである。なお、支持ピン１１４の形状は、図５（ｂ）に示したものと同様の形状である。そのため、支持ピン１１４の先端部分が接着剤４の下面４２を貫通し、支持ピン１１４の先端が接着剤４で覆われていない。さらに、図８に示す例では、接着剤４は、図示下側の開口面２０ｂから下方向に突出しているだけでなく、図示上側の開口面２０ａから上方に突出している。すなわち、開口面２０ａ，２０ｂの外側にフィレット４０ａ，４０ｂが形成されている。言い換えると、支持ピン１１４の外周面における接着剤４の接触面積Ｓ１と、基板２の断面を支持ピン１１４の外周面に投影した場合の投影面積Ｓ２と、を比較した場合、Ｓ１＞Ｓ２となっている。

上述したように、接着剤４の上側および下側にフィレット４０ａ，４０ｂがあると、接着剤４が膨張収縮したときのフィレット４０ａ，４０ｂによる接着部に働く力は、互いに逆向きになる。すなわち、接着剤４が収縮する場合には、図８に示すように下側のフィレット４０ｂによる力Ｆ３の向きは図示上方となり、フィレット４０ａによる力Ｆ４の向きは図示下側となる。一方、接着剤４が膨張する場合には、力の向きはそれぞれ逆方向となる。いずれの場合も、力Ｆ３と力Ｆ４とは打ち消しあう向きとなるので、接着剤４が膨張収縮した場合の、支持ピン１１４の軸方向の移動を小さく抑えることができる。例えば、フィレット４０ａ，４０ｂの大きさが等しければ、計算上は移動量＝０となる。

また、支持ピン１１４に対して、接着剤４が開口面２０ａ，２０ｂで挟まれた領域の外側にまで広がっているので、接着面積が増加して接着強度が大きくなる。接着強度が大きくなることで、温度や湿度、衝撃に対する耐性が大きくなり、長期信頼性を持つことができる。

図９は、図８に示すような接着剤形状を形成する方法の一例を示したものである。まず、基板２の貫通孔２０に接着剤４を配置する。次に、図９（ａ）に示すように、支持ピン１１４を矢印Ｄの方向に貫通孔２０内に挿入し、支持ピン１１４の先端部分が接着剤４の下面４２を貫通するまで支持ピン１１４を下方に移動させる。このとき、接着剤４の上面４１は貫通孔２０内に窪むような形状となり、下面４２は貫通孔２０から下側に突出するような形状となる。

次いで、図９（ｂ）に示すように支持ピン１１４を引き抜く方向、すなわち矢印Ｅの方向に移動させる。そうすると、接着剤４は図示上方に引きずられ、上面４１は貫通孔２０から上方に突出するようになり、下面４２の突出量は減少する。その後、光学系と撮像素子５の光軸合わせ、およびフォーカス調整のために、図２のレンズ鏡筒１１２のｘｙ軸方向の位置およびｚ軸方向（光軸方向）の位置を調整する。

以上のように、第２の実施の形態では、図８に示すように、支持ピン１１４は貫通孔２０の一方の開口面２０ａから他方の開口面２０ｂを貫通するように挿通され、貫通孔２０に設けられた接着剤４は、一部が開口面２０ａよりも貫通孔外側に突出し、他の一部が開口面２０ｂよりも貫通孔外側に突出している。そのため、接着剤４の膨張収縮時に、開口面２０ａ側の接着剤４から支持ピン１１４に作用する力の方向と、開口面２０ｂ側の接着剤４から支持ピン１１４に作用する力の方向とが逆向きになる。その結果、接着剤４の膨張収縮に伴う支持ピン１１４の光軸方向の移動を低減することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

４，７…接着剤、５…撮像素子、６…レンズ、４０，４０ａ，４０ｂ…フィレット、１００…多眼撮像装置、１１０…撮像モジュール、１１２…レンズ鏡筒、１１３…保持部、１１４，２１４…支持ピン、１１４ａ…先端部分、１１５…被膜

Claims (5)

1. 撮像素子が実装され、貫通孔が形成された基板と、
   前記貫通孔を貫通するように挿通される支持ピンを有し、前記撮像素子に被写体像を結像する光学系を保持する保持部と、
   前記貫通孔に設けられ、前記基板と前記支持ピンとを固定する接着剤と、を備え、
   前記支持ピンの少なくとも先端部分は、ピン根元側からピン先端に向けて先細りの形状であり、
   前記先端部分の先端を含む少なくとも一部に、前記接着剤の付着を防止する被膜が形成された、撮像モジュール。
2. 請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記支持ピンは、前記貫通孔の一方の第１開口面から他方の第２開口面を貫通するように挿通され、
   前記貫通孔に設けられた前記接着剤は、一部が前記第１開口面よりも貫通孔外側に突出し、他の一部が第２開口面よりも貫通孔外側に突出している、撮像モジュール。
3. 請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、
   さらに、前記撮像素子の周囲に配置され、前記保持部と前記基板を固定する接着剤を有する、撮像モジュール。
4. 請求項１に記載の撮像モジュールにおいて、
   前記保持部と前記支持ピンとは樹脂により一体に形成されている、撮像モジュール。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の撮像モジュールを備える撮像装置。

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