JP7294014B2 - カメラモジュール - Google Patents

Description

本発明は、レンズが保持された鏡筒を有するカメラモジュールに関するものである。

従来より、レンズが保持された鏡筒を有するカメラモジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このカメラモジュールは、鏡筒が実装基板に配置されて用いられる。この場合、鏡筒は、熱膨張によってレンズの位置関係が変化しないように、熱膨張係数の小さい材料で構成されている。

特開２０００－２０８４０６号公報

ところで、上記のようなカメラモジュールは、例えば、車両に搭載されて車載用カメラとして用いられる。この際、カメラモジュールは、実装基板の面方向が車両の上下方向と略平行となり、鏡筒の軸方向が、上下方向を法線方向とする面方向と平行となるように配置されて用いられる。例えば、カメラモジュールは、鏡筒の軸方向が車両の前後方向と一致するように、車両に搭載されて用いられる。

この場合、鏡筒を熱膨張係数の低い材料のみで構成すると密度が高くなり易く、重くなり易い。このため、鏡筒の接合部分に印加される応力が大きくなり易く、鏡筒が接合されている部分から剥離する等の不具合が発生する可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、鏡筒が接合されている部分から剥離することを抑制できるカメラモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、対象物を撮像するための撮像光がイメージャセンサ（２０）に導かれるカメラモジュールであって、一面（１０ａ）を有する実装基板（１０）と、実装基板の一面上に配置されたイメージャセンサと、イメージャセンサに撮像光を導くレンズ（４０）と、一端部および他端部が開口した筒状部材であり、内部にレンズを保持する鏡筒（３０）と、を備え、鏡筒は、一端部を構成すると共にレンズを保持する第１部材（３１０）と、第１部材を挟んでレンズと反対側に位置する第２部材（３２０）とが一体化された構成とされ、一端部が接合されており、第１部材は、第２部材より熱膨張係数が小さくされ、第２部材は、第１部材より密度が小さくされており、実装基板と離れて配置されている。

これによれば、第１部材は、第２部材より熱膨張係数が小さい材料で構成されている。このため、レンズを保持する部分が熱膨張することを抑制でき、各レンズとイメージャセンサとの位置関係や、各レンズの光軸がずれることを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。また、第２部材は、第１部材より密度が小さい材料で構成されている。このため、鏡筒を第１部材のみで構成した場合と比較して、鏡筒の軽量化を図ることができる。したがって、カメラモジュールを車両に搭載した際、鏡筒が接合される部分に印加される応力を低減でき、鏡筒が接合される部分から剥離する等の不具合が発生することを抑制できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 第２実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 第３実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 第４実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 第５実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 他の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 他の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態のカメラモジュールは、例えば、車両の前方監視用のカメラとして、車両の前方に位置する対象物を撮像するための撮像光を取り込む装置として利用されると好適である。

図１に示されるように、本実施形態のカメラモジュールは、実装基板１０、イメージャセンサ２０、鏡筒３０、複数のレンズ４０等を備えている。

実装基板１０は、例えば、一面１０ａを有するプリント基板等で構成されており、信号処理回路や増幅回路等が形成されている。なお、実装基板１０は、熱膨張係数が数十ｐｐｍとされている。

イメージャセンサ２０は、半導体基板で構成される素子基板２１を有しており、素子基板２１にＣＣＤ（Charge Coupled Deviceの略）素子やＣＭＯＳ（Complementary MOSの略）素子等の撮像素子が形成されて構成されている。そして、イメージャセンサ２０は、本実施形態では、実装基板１０の一面１０ａ上に図示しない接着剤等を介して配置され、図示しないワイヤ等を介して実装基板１０と電気的に接続されている。なお、素子基板２１は、例えば、熱膨張係数が３ｐｐｍ程度であるシリコン基板等で構成される。

鏡筒３０は、一端部側および他端部側が開口した略円筒状とされており、内径が大きい大径筒部３１と、大径筒部３１より内径が小さくされた小径筒部３２とを有している。そして、大径筒部３１および小径筒部３２は、それぞれの中心軸が同一軸上に位置するように、軸方向に連結して配置されている。なお、鏡筒３０の外径は、軸方向に沿って等しくされている。また、軸方向とは、中心軸に沿った方向であり、図１中では紙面上下方向となる。

鏡筒３０には、小径筒部３２の内壁面に複数のスペーサ３３が備えられている。各スペーサ３３は、鏡筒３０とは別部品として構成されており、それぞれ環状とされ、軸方向に沿って互いに所定距離だけ離れるように鏡筒３０に備えられている。

複数のレンズ４０は、熱膨張係数が５～７ｐｐｍであるガラス等を用いて構成されている。そして、各レンズ４０は、鏡筒３０に備えられたスペーサ３３の間にそれぞれ保持されている。なお、各レンズ４０は、それぞれの光軸と、鏡筒３０の中心軸とが一致するように配置されている。また、特に図示しないが、鏡筒３０には、レンズ４０の位置を詳細に調整するバレルや、赤外線フィルタ等も備えられている。

そして、鏡筒３０は、各レンズ４０を介して撮像光がイメージャセンサ２０に形成された撮像素子に取り込まれるように、接合部材５０を介して一端部側が実装基板１０に接合されている。詳しくは、鏡筒３０は、撮像光の焦点がイメージャセンサ２０に形成された撮像素子と一致するように、接合部材５０を介して一端部側が実装基板１０に接合されている。

なお、本実施形態での一端部側とは、大径筒部３１における小径筒部３２と反対側の端部のことである。つまり、図１中では、一端部側が紙面下側となり、他端部側が紙面上側となる。また、接合部材５０は、例えば、熱硬化性接着剤、レーザ硬化接着剤、または紫外線硬化接着剤等であるエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤等が用いられ、熱膨張係数が５０～１００ｐｐｍ程度とされている。

以上が本実施形態におけるカメラモジュールの基本的な構成である。次に、本実施形態の鏡筒３０について具体的に説明する。

鏡筒３０は、内壁面側を構成する第１部材３１０と、外壁面側を構成する第２部材３２０とが一体化された構成とされている。具体的には、第１部材３１０は、大径筒部３１を構成する繋ぎ部３１１、小径筒部３２を構成すると共にスペーサ３３が備えられてレンズ４０を保持する保持部３１２を有している。また、第１部材３１０は、繋ぎ部３１１における保持部３１２と反対側の端部に配置された円環状の第１フランジ部３１３、保持部３１２における繋ぎ部３１１と反対側の端部に配置された円環状の第２フランジ部３１４を有している。そして、鏡筒３０は、第１部材３１０における第１フランジ部３１３が接合部材５０を介して実装基板１０に配置されている。

第２部材３２０は、繋ぎ部３１１、保持部３１２、第１フランジ部３１３、第２フランジ部３１４で囲まれる空間を埋め込むように配置されている。なお、第２部材３２０は、鏡筒３０の外径が軸方向に沿って等しくなるように配置されている。

そして、第１部材３１０は、第２部材３２０より熱膨張係数が小さい材料で構成されている。また、第２部材３２０は、第１部材３１０より密度が小さい材料で構成されている。さらに、第１部材３１０は、第２部材３２０より剛性が高い材料で構成されている。例えば、第１部材３１０は、鉄とニッケルとの合金であるインバー材で構成され、熱膨張係数が０～７ｐｐｍ程度とされている。第２部材３２０は、上記関係を満たす金属や樹脂等で構成されている。

なお、第１部材３１０および第２部材３２０は、鏡筒３０の全体のヤング率が７０Ｇｐａ以上となるように、材料が選択されることが好ましい。これにより、レンズ４０を鏡筒３０に組み付ける際や鏡筒３０の搬送時等において、鏡筒３０が変形することが抑制される。つまり、イメージャセンサ２０とレンズ４０との位置関係が変化してしまうことを抑制できる。

また、本実施形態では、第１部材３１０は、第１部材３１０のうちの第２部材３２０側の面を第１面３１０ａとし、第１面３１０ａと反対側の面を第２面３１０ｂとし、第１面３１０ａと第２面３１０ｂとの間を厚さとすると、繋ぎ部３１１、保持部３１２、第１フランジ部３１３、第２フランジ部３１４は、厚さが一定とされている。

このような第１部材３１０および第２部材３２０を有する鏡筒３０は、例えば、金属粉末射出成形や３Ｄプリンタ等を用いた２色成形によって形成される。

以上が本実施形態におけるカメラモジュールの構成である。そして、このようなカメラモジュールは、例えば、車両の前方に位置する対象物を撮像できるように、鏡筒３０の軸方向が車両の前後方向と一致する状態で車両に搭載されて用いられる。この場合、鏡筒３０は、熱膨張係数の小さい第１部材３１０と、第１部材３１０より密度の小さい第２部材３２０を用いて構成されているため、鏡筒３０が第１部材３１０のみで構成されている場合と比較して、鏡筒３０の軽量化を図ることができる。したがって、接合部材５０に印加される応力を低減できる。

以上説明したように、本実施形態では、鏡筒３０は、第１部材３１０と第２部材３２０とを有する形状とされている。そして、第１部材３１０は、第２部材３２０より熱膨張係数が小さい材料で構成されている。このため、レンズ４０を保持する部分が熱膨張することを抑制でき、各レンズ４０とイメージャセンサ２０との位置関係や、各レンズ４０の光軸がずれることを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

また、第２部材３２０は、第１部材３１０より密度が小さい材料で構成されている。このため、鏡筒３０を第１部材３１０のみで構成した場合と比較して、鏡筒３０の軽量化を図ることができる。したがって、カメラモジュールを車両に搭載した際、鏡筒３０と実装基板１０との接合部分に印加される応力を低減でき、鏡筒３０が実装基板１０から剥離される等の不具合が発生することを抑制できる。
さらに、上記のようなカメラモジュールでは、光軸精度や各レンズ４０の位置合わせ精度の向上を図るため、鏡筒３０は剛性が高い方が好ましい。この場合、鏡筒３０の全体を金属等で構成すると、鏡筒３０が重くなる。これに対し、本実施形態では、第２部材３２０は、第１部材３１０より密度が小さい材料で構成されている。このため、例えば、第１部材３１０をインバー材等で構成すると共に厚さを０．１ｍｍ以下とし、第２部材３２０を樹脂で構成することにより、剛性を確保しつつ、鏡筒３０を樹脂のみで構成した場合と同程度の重さとできる。つまり、本実施形態のカメラモジュールでは、剛性を確保しつつ、鏡筒３０と実装基板１０との接合部分に印加される応力を十分に低減できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対し、イメージャセンサ２０をパッケージに収容すると共に、鏡筒３０をパッケージに接合したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態のカメラモジュールは、図２に示されるように、イメージャセンサ２０を収容するパッケージ２００を有している。パッケージ２００は、一面に凹部２１１が形成されたケース２１０と、ケース２１０の凹部２１１を閉塞するカバー２２０とを有している。なお、パッケージ２００は、平面の大きさが鏡筒３０の内径より大きくされている。

ケース２１０は、本実施形態では、アルミナ等のセラミック層が複数積層されて構成されおり、凹部２１１が形成されることによって構成される側部２１２および底部２１３を有している。そして、イメージャセンサ２０は、底部２１３の内壁面上に接着剤等で構成される接合部材２３０を介して配置されている。

また、ケース２１０は、側部２１２の内壁面に内部端子２１４が形成されていると共に、底部２１３の外壁面に、側部２１２を貫通するスルーホール電極２１５を介して内部端子２１４と電気的に接続される外部端子２１６が形成されている。そして、内部端子２１４は、イメージャセンサ２０の図示しないパッドとワイヤ２４０を介して電気的に接続されている。これにより、イメージャセンサ２０が外部端子２１６と電気的に接続された状態となる。

カバー２２０は、ケース２１０の凹部２１１を閉塞するように、接着剤等の接合部材２５０を介して配置されている。本実施形態では、カバー２２０は、実装基板１０よりも剛性が高い材料で構成されている。さらに、カバー２２０は、第１部材３１０と実装基板１０との間の熱膨張係数の差よりも第１部材３１０との熱膨張係数の差が小さくなる材料で構成されている。本実施形態では、カバー２２０は、このような特性を満たすガラスで構成されており、例えば、熱膨張係数が１０ｐｐｍ程度とされている。

そして、パッケージ２００は、ケース２１０の底部２１３に形成された外部端子２１６がはんだ等の接合部材２７０を介して実装基板１０に配置されている。

鏡筒３０は、第１フランジ部３１３が接合部材５０を介してカバー２２０に配置されている。この場合、カバー２２０は、実装基板１０よりも剛性が高くされているため、接合部材５０を薄くできる。

すなわち、実装基板１０がプリント基板で構成されている場合、実装基板１０は、剛性が低いため、一面１０ａ側の平坦性が低い。つまり、実装基板１０は、一面１０ａ側に微小なうねり等の凹凸が形成された状態となっている。このため、鏡筒３０を実装基板１０に実装する場合には、凹凸を接合部材５０で吸収して鏡筒３０が傾かないようにするため、接合部材５０を厚くすることが好ましい。

これに対し、本実施形態では、カバー２２０の剛性が高くされているため、カバー２２０における鏡筒３０と接続される接合面の平坦性が実装基板１０より高くなる。このため、鏡筒３０とカバー２２０との間に配置される接合部材５０を薄くできる。したがって、接合部材５０の熱膨張の影響を低減できる。

以上説明したように、本実施形態では、イメージャセンサ２０がパッケージ２００に収容されており、鏡筒３０は、パッケージ２００のカバー２２０に接合部材５０を介して接合されている。そして、カバー２２０は、実装基板１０より剛性が高くされている。このため、鏡筒３０を実装基板１０に接合部材５０を介して配置する場合と比較して、鏡筒３０とカバー２２０との間に配置される接合部材５０を薄くできる。したがって、接合部材５０の熱膨張の影響を低減でき、さらに検出精度の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対し、鏡筒３０をイメージャセンサ２０に接合したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態のカメラモジュールは、図３に示されるように、イメージャセンサ２０の平面の大きさが鏡筒３０の内径より大きくされている。例えば、イメージャセンサ２０は、素子基板２１のうちの撮像素子が形成される部分を囲む外周部分が大きくされることにより、平面の大きさが大きくされている。なお、イメージャセンサ２０を構成する素子基板２１は、シリコン基板等で構成されており、実装基板１０を構成するプリント基板よりも剛性が高くされている。また、イメージャセンサ２０を構成する素子基板２１は、シリコン基板等で構成されており、第１部材３１０と実装基板１０との間の熱膨張係数の差よりも第１部材３１０との熱膨張係数の差が小さくなる材料で構成されている。

また、イメージャセンサ２０は、素子基板２１のうちの実装基板１０側に、撮像素子と電気的に接続される端子部２２が形成されている。なお、特に図示しないが、端子部２２は、素子基板２１に形成される配線パターンや貫通電極等を通じて撮像素子と電気的に接続されている。そして、イメージャセンサ２０は、端子部２２がはんだ等の接合部材２８０を介して実装基板１０に実装されている。

鏡筒３０は、第１フランジ部３１３が接合部材５０を介してイメージャセンサ２０に配置されている。この場合、素子基板２１は、実装基板１０よりも剛性が高くされているため、上記第２実施形態と同様に、接合部材５０を薄くできる。

以上説明したように、本実施形態では、鏡筒３０がイメージャセンサ２０に接合部材５０を介して接合されている。また、イメージャセンサ２０を構成する素子基板２１は、実装基板１０よりも剛性が高くされている。このため、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、鏡筒３０をイメージャセンサ２０に接合しており、パッケージ２００を備える必要がない。このため、上記第２実施形態と比較すれば、部品点数の削減を図ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態に対し、第１部材３１０の保持部３１２を厚くしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態のカメラモジュールは、図４に示されるように、第１部材３１０は、各レンズ４０を保持する保持部３１２が繋ぎ部３１１、第１フランジ部３１３、第２フランジ部３１４よりも厚さが厚くされている。つまり、保持部３１２は、繋ぎ部３１１、第１フランジ部３１３、第２フランジ部３１４よりも剛性が高くされている。

これによれば、保持部３１２が繋ぎ部３１１等と同じ厚さとされている場合と比較して、各レンズ４０を鏡筒３０に組み付ける際等に保持部３１２が変形することを抑制できる。したがって、各レンズ４０とイメージャセンサ２０との位置関係や、各レンズ４０の光軸がずれることをさらに抑制できる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。第５実施形態は、第１実施形態に対し、第１フランジ部３１３および第１フランジ部３１３と対向する部分に粗化構造を形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態のカメラモジュールは、図５に示されるように、第１フランジ部３１３の接合部材５０と接合される部分、および実装基板１０のうちの接合部材５０と接合される部分に、粗化構造３００が形成されている。この粗化構造３００は、例えば、ブラスト処理やレーザ処理等が施され、微細な凹凸が形成されることで構成されている。

これによれば、アンカー効果により、接合部材５０と、鏡筒３０および実装基板１０との接合性を向上できる。したがって、鏡筒３０が実装基板１０から剥離する等の不具合が発生することをさらに抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第２実施形態では、図６に示されるように、鏡筒３０をカバー２２０に直接接合等によって接合するようにしてもよい。同様に、上記第３実施形態では、図７に示されるように、鏡筒３０をイメージャセンサ２０に直接接合等によって接合するようにしてもよい。つまり、鏡筒３０との間に接合部材５０を配置しないようにしてもよい。これによれば、接合部材５０を配置しないため、接合部材５０の熱膨張の影響が無くなり、さらに検出精度が低下することを抑制できる。

また、上記第５実施形態では、鏡筒３０および実装基板１０の一方のみに粗化構造３００が形成されるようにしてもよい。

そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、第２実施形態を第４、第５実施形態に組み合わせ、パッケージ２００を備えると共に鏡筒３０がパッケージ２００に接合されるようにしてもよい。また、第３実施形態を第４、第５実施形態に組み合わせ、イメージャセンサ２０に鏡筒３０が接合されるようにしてもよい。さらに、第４実施形態を第５実施形態に組み合わせ、保持部３１２が繋ぎ部３１１等より厚くなるようにしてもよい。そして、上記実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせることもできる。

１０ 実装基板
１０ａ 一面
３０ 鏡筒
４０ レンズ
３１０ 第１部材
３２０ 第２部材

Claims (7)

1. 対象物を撮像するための撮像光をイメージャセンサ（２０）に導くカメラモジュールであって、
   一面（１０ａ）を有する実装基板（１０）と、
   前記実装基板の一面上に配置された前記イメージャセンサと、
   前記イメージャセンサに前記撮像光を導くレンズ（４０）と、
   一端部および他端部が開口した筒状部材であり、内部に前記レンズを保持する鏡筒（３０）と、を備え
   前記鏡筒は、前記一端部を構成すると共に前記レンズを保持する第１部材（３１０）と、前記第１部材を挟んで前記レンズと反対側に位置する第２部材（３２０）とが一体化された構成とされ、前記一端部が接合されており、
   前記第１部材は、前記第２部材より熱膨張係数が小さくされ、
   前記第２部材は、前記第１部材より密度が小さくされており、前記実装基板と離れて配置されているカメラモジュール。
2. 前記鏡筒は、前記一端部が前記実装基板の一面に接合されている請求項１に記載のカメラモジュール。
3. 凹部（２１１）が形成されたケース（２１０）と、前記凹部を閉塞すると共に、前記実装基板よりも剛性が高い材料で構成されたカバー（２２０）とを有するパッケージ（２００）を備え、
   前記イメージャセンサは、前記パッケージに収容されており、
   前記パッケージは、前記ケースが前記実装基板の一面に接合されており、
   前記鏡筒は、前記一端部が前記パッケージのカバーに接合されている請求項１に記載のカメラモジュール。
4. 前記カバーは、前記鏡筒の第１部材と前記カバーとの熱膨張係数の差が、前記鏡筒の第１部材と前記実装基板との熱膨張係数の差より小さくなる材料で構成されている請求項３に記載のカメラモジュール。
5. 前記イメージャセンサは、前記実装基板よりも剛性が高い材料とされた素子基板（２１）を用いて構成されており、
   前記鏡筒は、前記一端部が前記イメージャセンサと接合されている請求項１に記載のカメラモジュール。
6. 前記鏡筒は、前記第１部材が前記第２部材より剛性が高い材料で構成され、
   前記第１部材は、前記レンズを保持する保持部（３１２）が前記保持部と異なる部分よりも厚くされている請求項１ないし５のいずれか１つに記載のカメラモジュール。
7. 前記鏡筒は、前記一端部が前記一端部と対向する部分と接合部材（５０）を介して接合されており、
   前記鏡筒の一端部および前記一端部と対向する部分の少なくとも一方は、粗化構造（３００）が形成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載のカメラモジュール。

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