JP2008076628A - 撮像モジュールおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐熱性が高く、撮像素子とレンズ部材の光軸方向の位置精度が長期間にわたって高く、かつ小型軽量な撮像モジュールおよび撮像装置を提供する。
【解決手段】 被写体からの光が結像して電気信号に変換する撮像素子３が搭載された撮像基板４と、外装ケース６の被写体側前面から外装ケース６の内側に突出するように形成された鏡筒７内に、被写体側から１枚目のレンズはガラスレンズ（第１レンズ８ａ）、２枚目以降のレンズはプラスチックレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）の構成で撮像素子３に被写体像を結像させる複数枚のレンズを配置するとともに、プラスチックレンズが鏡筒７の突出部７Ａに位置するように複数枚のレンズ８をそれぞれ鏡筒７に支持したレンズ部材２とを具備する撮像モジュールである。
【選択図】 図２

Description

本発明はＣＣＤ等の撮像素子を具備する撮像モジュールおよび撮像装置に関する。

近年、ノートパソコンや携帯電話に組み込まれる小型オンボードカメラをはじめとして、電子カメラ（電子スチルカメラ、ビデオカメラ）や車載カメラ等の撮像装置およびこれに組み込まれるカメラモジュール等の撮像モジュールが開発されている。

かかる撮像モジュールとして、レンズが鏡筒に収納されたレンズ部材とＣＣＤ等の撮像素子が搭載された撮像基板とが組み込まれたものが開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。ここで、図６に従来の撮像モジュールのレンズ部材４０の概略断面図を示すが、図６に示すように、レンズ部材４０は外装ケース４１に固定されて鏡筒４２内にレンズ４３が複数枚嵌め込まれた構成からなるものであった。なお、図６のレンズ部材４０の最も被写体側のレンズ４０はリテーナ４４で固定されている。
特開２００２−９０６０３号公報 特開２００４−１４６９４６号公報 特開２００４−３０９６９４号公報

しかしながら、図６に示すような上記従来の撮像モジュールでは、撮像素子から発生した熱によってレンズ４３や鏡筒４２が高温となりレンズ４３と鏡筒４２との熱膨張差によって光軸がずれたり解像度が劣化したり、場合によってはレンズが歪むという問題があった。

本発明は、カメラ部材の耐熱性を改善して繰り返し熱履歴がかかるような環境においても安定して使用できる撮像モジュールおよび撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像モジュールは、被写体からの光を電気信号に変換する撮像素子が搭載された撮像基板と、外装ケースの被写体側前面から該外装ケースの内側に突出するように形成された鏡筒内に、被写体側から１枚目のレンズはガラスレンズ、２枚目以降のレンズはプラスチックレンズの構成で前記撮像素子に被写体像を結像させる複数枚のレンズを配置するとともに、前記プラスチックレンズが前記鏡筒の突出部に位置するように前記複数枚のレンズをそれぞれ前記鏡筒に支持したレンズ部材と、を具備することを特徴とする。

ここで、上記構成において、前記レンズは、被写体側前面および撮像素子側後面を前記鏡筒内のレンズ間に設けたスペーサまたは他のレンズに当接されて支持されていることを特徴とする。

また、上記構成において、前記鏡筒の内壁面と前記プラスチックレンズの側面とが２５℃において５０〜１００μｍの間隔を有するように配置されていることを特徴とする。

さらに、上記構成において、前記ガラスレンズの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と前記外装ケースの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が６×１０^−５／℃以下、前記プラスチックレンズの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と前記外装ケースの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が２×１０^−５／℃以下であることを特徴とする。

また、上記構成において、前記ガラスレンズと前記鏡筒との間にゴムパッキンが配置されていることを特徴とする。

ここで、上記構成において、前記撮像基板に接着されるとともに前記外装ケースに埋設または貫通された状態で接着された支持ピンにて、前記撮像基板と前記レンズ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ように前記撮像基板を前記外装ケースに固定することを特徴とする。

また、上記構成において、前記撮像基板は矩形状であり、前記貫通孔は２または３個であって、前記撮像基板の１つの角部に設けられた第１貫通孔と、該第１貫通孔が設けられた角部と対角に位置する角部に設けられた第２貫通孔とを含む角部に配置され、前記支持ピンはそれぞれの前記貫通孔にそれぞれ挿入されて接着固定されていることを特徴とする。

さらに、上記構成において、前記支持ピンの表面および前記撮像基板の前記支持ピンと接着される表面部分が金または銅にて形成されて、前記支持ピンの表面と前記撮像基板の表面とが半田にて接着固定されていることを特徴とする。

また、上記構成において、前記支持ピンは前記撮像基板との接着部または前記外装ケースとの接着部の少なくとも一方に凹凸を有することを特徴とする。

さらに、上記構成において、前記支持ピンの凹凸がネジ溝状、凹溝状、凸状または前記支持ピンが中空状であってその表面に多数の孔が形成されて凹凸をなしている形状のいずれかであることを特徴とする。

また、上記構成において、前記支持ピンの凹凸が前記撮像基板の貫通孔から該貫通孔の外側にわたる領域に形成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の撮像装置は上記撮像モジュールを具備することを特徴とする。

本発明の撮像モジュールは、レンズ部材を、外装ケースの被写体側前面から該外装ケースの内側に突出するように形成された鏡筒内に、被写体側から１枚目のレンズはガラスレンズ、２枚目以降のレンズはプラスチックレンズの構成で前記撮像素子に被写体像を投影する複数枚のレンズを配置するとともに、前記プラスチックレンズが前記鏡筒の突出部に位置するように前記複数枚のレンズをそれぞれ前記鏡筒に支持した構成とすることによって、撮像素子から発生した熱が鏡筒や鏡筒の突出部に収納されたレンズに伝わるのを遅延させて空気中への放熱量を増して鏡筒や鏡筒の突出部に収納されたレンズの温度が上昇することを抑制することができるとともに、鏡筒の突出部においては鏡筒の熱膨張によってのみ変位して、外装ケースの変位による影響がないので熱膨張による鏡筒の突出部の内壁面の変位が小さくできることから、光軸がずれたり、解像度が劣化したり、レンズが歪むという不具合を解消できる。しかも、本発明によれば、外部に露出して傷つきやすくしかも熱応力の影響を受けやすい１枚目のレンズには、硬くて変形せず傷つきにくいとともに温度変化の影響を受けにくいガラスレンズを用い、２枚目以降のレンズには非球面加工が容易にできてレンズ設計が容易でありしかも安価なプラスチックレンズを用いることによって、耐熱性に優れる取扱いやすいレンズモジュールとなる。

ここで、それぞれのレンズは、被写体側前面および撮像素子側後面を前記鏡筒に設けた係止部、レンズ間に設けたスペーサまたは他のレンズに当接されて支持されていて、レンズが鏡筒の内壁面によって支持されていないことが、レンズの歪みや繰り返しの熱履歴によって鏡筒のガラスレンズと接する部分が疲労することを防止できる点で望ましい。この時、前記鏡筒の内壁面と前記プラスチックレンズの側面とが２５℃において５０〜１００μｍの間隔を有するように配置されている場合には、レンズの光軸ずれを抑制しつつ温度変化によってもレンズの歪みを防止できる。

さらに、前記ガラスレンズの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と前記外装ケースの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が６×１０^−５／℃以下、前記プラスチックレンズの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と前記外装ケースの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が２×１０^−５／℃以下である場合には、レンズ部材が温度変化する場合であっても熱膨張によるレンズの光軸ずれや歪み、解像度の劣化等の不具合を抑制できる。

また、前記ガラスレンズと前記鏡筒との間にゴムパッキンが配置されていることによって、レンズ部材の防水性を高めることができるとともに、脆いガラスレンズが破損することを抑制できる。

ここで、本発明によれば、前記撮像基板に接着されるとともに前記外装ケースに埋設または貫通された状態で接着された支持ピンにて、前記撮像基板と前記レンズ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ように前記撮像基板を前記外装ケースに固定することによって、撮像素子を搭載した撮像基板を支持ピンに接着する際またはレンズ部材を支持ピンに接着する際に、接着剤が固化する前に撮像基板またはレンズ部材の位置を微調整することが可能であることから、撮像素子とレンズ部材との光軸方向の位置精度が高い。しかも、撮像基板からの熱は支持ピンを通してのみレンズ部材に伝達されることとなるので、高温になった撮像素子の熱伝達を小さくしレンズ部材の温度上昇を抑制することができて、レンズ部材の温度変化による光軸ずれ等の影響を低減することができる。

また、前記撮像基板は矩形状であり、前記貫通孔を２または３個配置して、前記撮像基板の１つの角部に設けられた第１貫通孔と、該第１貫通孔が設けられた角部と対角に位置する角部に設けられた第２貫通孔とを含む角部に配設され、前記支持ピンはそれぞれの貫通孔にそれぞれ挿入されて接着固定されていることが、高温になった撮像素子の熱の伝達を小さくしてレンズ部材の温度上昇を抑制することができて、レンズ部材の温度変化による影響をより低減することができる点で望ましい。

一方、支持ピンと撮像素子との接着部においては、前記支持ピンの表面および前記撮像基板の表面部分が金または銅にて形成されて、前記支持ピンの表面と前記撮像基板の表面とが半田にて接着固定されていることによって、短時間で強固に接着できて長期間の使用に対する耐久性にも優れる。

また、前記支持ピンは前記撮像基板との接着部または前記外装ケースとの接着部の少なくとも一方に凹凸を有することによって、支持ピンのレンズ部材と接着される部分が凹凸状となってアンカー効果を発揮して接着強度を高めることができる結果、レンズ部材と支持ピンとの接着強度も高くなり長期間にわたって安定した位置を保つことができる。しかも、従来のネジ部材で固定する方法に比べて撮像基板およびレンズ部材内に設けられる固定用のスペースが少なくてすむために撮像モジュールの小型軽量化が可能となる。

さらに、前記支持ピンの凹凸がネジ溝状、凹溝状、凸状または前記支持ピンが中空状であって、その表面に多数の孔が形成されて凹凸をなしている形状のいずれかであることによって、支持ピンの凹凸がネジ溝状である場合には、支持ピンの凹凸形成のための加工が容易であり、前記支持ピンの凹凸が凹溝状である場合には、支持ピンの凹凸形成のための加工が容易であり、かつ凹凸をさらに安価に作製可能である。また、支持ピンを中空状とすることにより、撮像基板からレンズ部材への熱伝達を小さくすることができる。

なお、前記支持ピンの凹凸が前記撮像基板の貫通孔から該貫通孔の外側にわたる領域に形成されていることが、支持ピンを固定する際の製造ばらつき等によっても安定した強固な固定が可能となる点で望ましい。

また、上述した本発明の撮像モジュールを具備する撮像装置は、撮像モジュールの耐熱性が高く、かつ光軸方向の位置精度が長期間にわたって高い、小型で高性能の撮像装置である。

図１は、本発明の撮像モジュールの好適な実施形態の一例であるカメラモジュール１を示し、（ａ）は被写体側から見た概略斜視図、（ｂ）は被写体の反対側から見た概略斜視図である。また、図２は図１のカメラモジュールの概略断面を示し、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。さらに、図３はレンズ部材２に撮像基板４を実装する方法を説明するための図、図４（ａ）〜（ｄ）は図２（ｂ）のＣ部についての要部拡大断面図、図５（ａ）〜（ｅ）は図２（ｂ）のＤ部についての要部拡大断面図である。

カメラモジュール１は、例えば、道路上の白線の撮像あるいは車両の死角を撮像するための車載用のカメラとして構成されており、自動車の走行の制御を行なう不図示のＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）により動作が制御される撮像装置の部品として機能する。カメラモジュール１から出力された電気信号は、ＥＣＵによって画像信号に変換され、例えば不図示のディスプレイに表示される。

カメラモジュール１は、主として被写体光を集光するレンズ部材２と、レンズ部材２からの光が結像し電気信号に変換する撮像素子３と、撮像素子３を搭載する撮像基板４とを具備し、レンズ部材２と撮像基板４とは所定の間隙を保持した状態で重ね合わされて固定されている。

レンズ部材２は、図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、外装ケース６の被写体側前面から外装ケース６の内側に突出するように形成された鏡筒７内に、被写体側から１枚目の第１レンズ８ａはガラスレンズ、２枚目以降のレンズ（図２では第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄの３枚）はプラスチックレンズの構成で配置されており、プラスチックレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）が鏡筒７の突出部７Ａに位置するように複数枚のレンズ（図２では３枚）をそれぞれ鏡筒７内に収納した構成からなる。

上記構成によって、撮像素子３から発生した熱が鏡筒７や鏡筒７の突出部７Ａに収納されたレンズ８に伝わるのを遅延させて空気中に放熱できる結果、レンズ８での温度上昇を小さくすることができるとともに、鏡筒７の突出部７Ａにおいては鏡筒７の熱膨張のみによって位置が変わり、それ以外の外装ケース６の熱膨張による影響を受けないので、温度変化による内壁面の変位を小さくできる。よって、光軸がずれたり、解像度が劣化したり、鏡筒７のガラスレンズ（第１レンズ８ａ）と近接する部分が疲労によって劣化したり、プラスチックレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）が歪むという不具合を解消できる。しかも、本発明によれば、外部に露出して傷つきやすくしかも熱応力の影響を受けやすい１枚目のレンズ（第１レンズ８ａ）には硬くて変形せず傷つきにくくかつ温度変化の影響を受けにくいガラスレンズを用い、２枚目以降のレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）には非球面加工が容易にできてレンズ設計が容易でありしかも安価なプラスチックレンズを用いることによって、耐熱性に優れるとともに取扱いやすいカメラモジュール１となる。なお、図２のレンズ部材２は外装ケース６と鏡筒７が一体物として形成されているが、本発明においては外装ケース６と鏡筒７が別体として形成されて両者が嵌め合わされたものであってもよい。

ここで、図２に示すように、レンズ８は被写体側前面および撮像素子側後面を鏡筒７内のレンズ間に設けたスペーサ１０または他のレンズに当接されることによって支持されていて、レンズ８が鏡筒７の内壁面によって支持されていないことが、ガラスレンズ（第１レンズ８ａ）の熱膨張によって鏡筒７に応力がかかり、繰り返しの使用によってガラスレンズ８ａの固定精度が悪くなることを防止できるとともに、プラスチックレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）の熱膨張によってレンズに歪みが発生することを防止できる。なお、第１レンズ８ａの被写体側前面はリテーナ１５に当接されて固定されている。

この時、鏡筒７の内壁面とプラスチックレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）の側面とが２５℃において５０〜１００μｍの間隔ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４を有するように配置されている場合には、レンズの光軸ずれを抑制しつつ温度変化によってもレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）の歪みを防止できる。なお、レンズ部材２のレンズ８間の適宜な位置にマスクや絞りを設けてもよい。また、鏡筒７の内壁面とガラスレンズ（第１レンズ８ａ）との側面についても、２５℃において２０〜５０μｍの間隔ｄ_１を有することが、鏡筒７内壁面の機械的劣化および防水性の劣化を防止するために望ましい。

さらに、ガラスレンズ（第１レンズ８ａ）の２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と外装ケース６の２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が６×１０^−５／℃以下、プラスチックレンズ（第２レンズ８ｂ、第３レンズ８ｃ、第４レンズ８ｄ）の２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と外装ケース６の２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が２×１０^−５／℃以下であることが、レンズ部材２が温度変化する場合であっても熱膨張によるレンズ８の光軸ずれや歪み、解像度の劣化等の不具合を抑制できる。

なお、外装ケース６の材質としては、ポリフタルアミド（ＰＰＡ：α_１＝１〜４×１０^−５／℃）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：α_１＝１０×１０^−５／℃）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ：α_１＝６〜７×１０^−５／℃）が好適に使用できる。

また、ガラスレンズ８ａと鏡筒７との間にゴムパッキン１６が配置されていることによって、レンズ部材２の防水性を高めることができるとともに、破損する危険性のあるガラスレンズ（第１レンズ８ａ）が衝撃によって破損することを抑制できる。

ここで、本発明によれば、撮像基板４に接着されるとともに外装ケース６に埋設または貫通された状態で接着された支持ピン１１にて、撮像基板４とレンズ８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ように撮像基板４を外装ケース６に固定する構成となっている。これによって、撮像素子３を搭載した撮像基板４を支持ピン１１に接着する際またはレンズ部材２を支持ピン１１に接着する際に、接着剤が固化する前に撮像基板４またはレンズ部材２の位置を微調整することが可能であることから撮像素子３とレンズ８との光軸方向の位置精度が高い。しかも、撮像基板４からの熱は支持ピン１１を通してのみレンズ部材２に伝達されることとなるので、高温になった撮像素子３の熱伝達を小さくすることができて、レンズ部材２の温度変化による光軸ずれ等の影響を低減することができる。なお、支持ピン１１は中実棒状であってもよいが、管状やこれにすり割りを入れて断面がＣ形状をなす形状のように中空棒状であってもよい。

また、撮像基板４は矩形状であって２または３個の貫通孔１３を有しており、撮像基板４の１つの角部に設けられた第１貫通孔１３ａと、第１貫通孔１３ａが設けられた角部と対角に位置する角部に設けられた第２貫通孔１３ｂとを含む角部に配設され、支持ピン１１は２または３本（図１、およびレンズ部材２に撮像基板４を組み込む方法を説明するための図である図４では３本）設けられ、第１貫通孔１３ａおよび第２貫通孔１３ｂを含むそれぞれの貫通孔（図１、図４では第３貫通孔１３ｃあり。）にそれぞれ挿入されて接着固定されていることが、高温になった撮像素子３の熱伝播をより遅らせることができて、レンズ部材２の温度変化による影響をより低減することができる。

また、図５によれば、支持ピン１１の表面にニッケルメッキ１８および金メッキ１９が順に施されて支持ピン１１の表面が金にて形成され、かつ撮像基板４の貫通孔１３の内壁面には銅メタライズ２０が被着形成されて撮像基板４の支持ピン１１と接着される表面部分が銅にて形成されており、これに加えて、支持ピン１１と撮像基板４とが半田１７にて接着されている場合には、支持ピン１１の表面の金（金メッキ１９）と撮像基板４の表面の銅（銅メタライズ２０）とを半田１７で半田付けすることになり、互いになじみが良いので支持ピン１１と撮像基板４との接着強度が高く、短時間で強固に接着でき、しかも安定した接着固定が可能となる。

なお、本実施態様によれば、支持ピン１１の他端側は撮像基板４に半田１７で接着されているが、本発明では接着する方法として半田１７を用いる方法に限定されず、樹脂等の接着剤を用いて接着する方法であってもよい。半田１７を用いた場合には短時間で強固に接着することができる。

ここで、図１、図３によれば、撮像基板４は四隅に切欠き３５を有する矩形状であり、撮像基板４の１つの角部に設けられた第１貫通孔１３ａと、第１貫通孔１３ａが設けられた角部と対角に位置する角部に設けられた第２貫通孔１３ｂとを含んでおり、図１では、さらに３つ目の貫通孔１３ｃが設けられている。そして、支持ピン１１は２または３本（図１では３本）設けられ、少なくとも第１貫通孔１３ａおよび第２貫通孔１３ｂ（さらに図１では第３貫通孔１３ｃ）にそれぞれ挿入されて接着固定されている。この構成によれば、省スペースでありかつ撮像基板４とレンズ部材２の間隙を容易に微調整することができ位置ずれするおそれがない。しかも、撮像基板４に発生した熱がレンズ部材２に伝達されることを遅らせることもできる。

また、図４、図５に示すように、支持ピン１１は撮像基板４との接着部または外装ケース６との接着部の少なくとも一方に凹凸２４を有することによって、図２に示す支持ピン１１のレンズ部材２または撮像基板４と接着される部分が凹凸状となってアンカー効果を発揮して接着強度を高めることができる結果、レンズ部材２と支持ピン１１との接着強度も高くなり長期間にわたって安定した位置を保つことができる。

さらに、支持ピン１１の凹凸２４がネジ溝状凹凸２４ａ（図４（ａ）、図５（ａ）参照）、凹溝状凹凸２４ｂ（図４（ｂ）、図５（ｂ）参照）、凸状凹凸２４ｃ（図４（ｃ）、図５（ｃ）参照）、複数の凸状凹凸２４ｂ（図４（ｄ）、図５（ｄ）参照）または支持ピン１１が管状であってその表面に多数の孔２５が形成されて凹凸をなしている形状（図４（ｅ）、図５（ｅ）参照）等が採用できる。これらの形状であれば、支持ピン１１の凹凸２４がネジ溝状である場合には、支持ピン１１の凹凸形成のための加工が容易であり、支持ピン１１の凹凸が凹溝状である場合には、支持ピンの凹凸形成のための加工が容易であり、かつ凹凸をさらに安価に作製可能である。また、上記図４、図５の（ａ）〜（ｄ）では支持ピン１１が中実棒状である場合について例示したが、これらの形態においても支持ピン１１が中空棒状であってもよい。

なお、本発明における凹凸２４とは、支持ピン１１の側面における表面の深さ（高さ）方向の差が２０μｍ以上あるものを指す。

また、図４によれば、レンズ部材２の外装ケース６の所定の位置には凹状孔３７が形成されて凹状孔３７内に支持ピン１１が挿入されて、支持ピン１１が固定用接着剤３８によって外装ケース６に接着されている。この構成によれば、外装ケース６成形時よりも後で支持ピン１１を外装ケース６に取り付けることができる。

さらに、支持ピン１１が外装ケース６に埋設され、支持ピン１１の凹凸２４が、支持ピン１１の埋設された先端部から０．２〜５ｍｍ離間した位置に配設されることが、支持ピン１１の凹凸２４より端部側がアンカー効果を発揮して抜け防止に役立つ点で望ましい。

なお、支持ピン１１は必ずしも撮像基板４の貫通孔内に挿入されている必要はなく、例えば、撮像基板４の側端面に接着・固定されるものであってもよい。

また、図５（ａ）（ｄ）（ｅ）に示すように、支持ピン１１の凹凸２４が撮像基板４の貫通孔１３からこの貫通孔１３の外側にわたる領域にわたって形成されている（図５（ａ）のネジ溝状凹凸２４ａの一部、図５（ｄ）の複数の凸状凹凸２４ｂの一部、図５（ｅ）の孔２５の一部）ことが、支持ピン１１を固定する際の製造ばらつき等によっても安定した強固な固定が可能となる点で望ましい。また、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、撮像基板４と支持ピン１１との接着部をなす半田も撮像基板４の貫通孔から貫通孔１３の外側にわたって接着されており、強固な接着が可能である。

さらに、支持ピン１１が直径０．８〜１．５ｍｍの太さを有する円柱状または円筒状の銅にて形成されたものであることによって、支持ピン１１が直径０．８ｍｍ以上の銅にて構成されるので剛性があり使用時に撓んで位置ずれすることなく、かつ支持ピン１１の直径が１．５ｍｍ以下であるので、撮像基板４に発生した熱がレンズ部材２に伝達されることを小さくすることができ、しかもスペースが小さく省スペース化できる点で望ましい。なお、支持ピン１１は、光軸方向に延びて、その外周側面にて撮像基板４およびレンズ部材２と固定できればよく、例えば、樹脂やセラミックスのように導電性を有していなくてもよいし、ステンレス等の他の金属部材であってもよい。また、支持ピン１１を樹脂とする場合には、支持ピン１１を外装ケース６と一体的に形成することも可能である。さらに、断面形状が円形の棒状でなくて断面が三角形や四角形の多角形またはＣ字形状等の他の筒状であってもよく、筒状であれば支持ピン１１の熱容量を小さくできることから半田付けが容易にできるとともに、撮像基板４に発生した熱がレンズ部材２側に伝達されることを防止できるという効果がある。さらには、支持ピン１１はレンズ部材２の外装ケース６の前面部分ではなく側面部分に固定されていてもよい。

また、支持ピン１１が導電性部材からなる場合、撮像基板４内に設けられる導体パターンとしてグランド層を配設する際には、撮像基板４のグランド層と支持ピン１１とが半田１７で接着されることにより、支持ピン１１を介して外装ケース６と電気的に接続されることになり、グランド層のアースをとることもできる。

撮像素子３は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子；charge coupled device）やＣＭＯＳトランジスタ（相補型ＭＯＳセンサ；complementary MOS sensor）により構成されている。撮像素子３は、例えば、図２に示すように、アルミナを主成分としたセラミック配線基板であるサブ基板２６のキャビティ２７に収納され、このキャビティ２７がガラスリッド２８により封止されている。サブ基板２６からは複数の端子３０が延出し、半田等により撮像基板４に対して固定されている。端子３０により撮像素子３と撮像基板４とは電気的に接続され、サブ基板２６は撮像基板４に支持されている。

撮像基板４は、例えば、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたり、エポキシ樹脂にガラスフィラーを添加して形成されたプリント配線基板により構成されている。なお、ガラスクロスやガラスフィラーの添加量は、サブ基板２６の熱膨張率と撮像基板４の熱膨張率とが近似するように設定されることが好ましい。また、図１に示すように、撮像基板４の撮像素子３と反対側の面には、撮像素子３からの電気信号を処理するＩＣやコンデンサ、コイル、抵抗等の電子部品３２や、撮像基板４とＥＣＵ（不図示）とを接続するケーブル（不図示）を接続するためのコネクタ３３等が設けられている。

なお、図示しないが、コネクタ３３に接続されるケーブルは、背面側ケース部材（不図示）に差し込まれて固定される外部コネクタに接続され、さらに外部のケーブルへと導出される。

一方、撮像基板４には、貫通孔１３以外に、撮像基板４の縁部を切り欠いた切欠き３５が設けられており、背面側ケース部材を装着する際の位置決めを容易としている。

以上のカメラモジュール１の組み立て方法の一例について説明する。

まず、所定位置に支持ピン１１の直径より少しだけ大きい径の支持ピン１１を挿入するための凹状孔３７または貫通孔と、所望により横溝とを形成した外装ケース６に対して、所定の位置にレンズ８ａ〜８ｄを取り付け、外装ケース６と鏡筒７を別体とする場合には外装ケース６に鏡筒７を嵌め込んだ後、リテーナ１５により固定してレンズ部材２を組み立てる（レンズ固定工程）。これにより、レンズ部材２のレンズ８ａ〜８ｄは、外装ケース６に対して光軸方向、光軸周りおよび光軸に直交する方向のいずれの方向についても移動不可能となる。

また、支持ピン１１を外装ケース６に固定する。固定する方法としては、例えば、支持ピン１１を挿入するための凹状孔３７または貫通孔内に支持ピン１１を挿入した状態で、この凹状孔３７または貫通孔の隙間または横溝から孔内に液状のエポキシ樹脂等の固定用接着剤３８を注入・充填して、加熱または紫外線照射等によって固化させる。この時、支持ピン１１がレンズ８ａ〜８ｄの光軸と平行になるように保持した状態で固定用接着剤３８の固化作業を行なうこともできる。なお、レンズ８ａ〜８ｄの光軸と支持ピン１１との平行度を確実に合わせるためには、支持ピン１１を冶具に固定した状態で固定用接着剤３８等の樹脂を硬化させることが望ましい。

その後、撮像素子３やサブ基板２６が取り付けられた撮像基板４をレンズ部材２に対して固定する（基板固定工程）。具体的には、まず、図３に示すように、撮像基板４の貫通孔１３に支持ピン１１を挿通して撮像基板４の位置決めを行う。この位置決めに際して、コネクタ３３には不図示のケーブルが接続されて不図示の検査装置にさらに接続されており、撮像素子３により撮像された画像が検査装置により参照されて、例えば、レンズ部材２から所定距離だけ離れた試験用被写体にカメラモジュール１の焦点位置、光軸、画質等が合っているか否か評価される。そして、当該評価に基づいて撮像基板４の位置決めが行なわれる。位置決めに際しては、撮像基板４のレンズ部材２に対する光軸方向の位置、光軸に対する傾きおよび光軸に直交する方向の位置が調整される。この調整された位置で撮像基板４と支持ピン１１とが半田付けされることにより撮像基板４と支持ピン１１が接着固定されて、撮像基板４とレンズ部材２とが接着固定される。

なお、以上の組み立てにおいては、一部または全部を自動化してもよいし、作業者が手作業により行なってもよく、例えば、撮像基板４の位置調整および支持ピン１１の半田付けの工程は作業者が画像を目視確認して画質を評価しながら半田付けしてもよく、調整および半田付け工程が自動化されていてもよい。

上記のような本発明の撮像モジュールであるカメラモジュール１等を具備する撮像装置は、撮像モジュールの耐熱性が高く、かつ撮像モジュールが光軸方向の位置精度が高くかつ小型軽量であるために、小型で性能の高い撮像装置となる。カメラモジュールを具備する撮像装置としては、車の後方または側方に上述したカメラモジュールが取り付けられて、この信号を運転席に伝達する車載用の撮像装置が挙げられる。

なお、本発明は以上の実施形態の例に限定されず、種々の態様で実施してよい。例えば、カメラモジュールは車載用のものに限定されず、例えば携帯電話機用や監視カメラ用であってもよい。

主面が正方形のビルドアップ多層樹脂基板からなる厚み０．８ｍｍの撮像基板４の４つの角部に切欠き３５を設け、この４つの角部のうちの３つの角部に切欠きよりも２．５ｍｍずれた図３に示すような位置に貫通孔１３を形成し、貫通孔１３の内壁面には銅メタライズを形成した。また、撮像基板の所定位置にＣＣＤ（撮像素子３）を収納、封止したサブ基板２６および複数の電子部品１６を実装した。

一方、図２、４、６に示す位置に直径１．２ｍｍ×深さ１０ｍｍの凹状孔３７を形成し、かつこの凹状孔３７と垂直な方向から直径３ｍｍの横溝を形成した表１、２に示す部材・形状の外装ケース６に対して、表１に示す３つのレンズ８ａ〜８ｄを図２に示すように取り付けてリテーナ１５で固定してレンズ部材２を作製した。

他方、直径１．１ｍｍ×長さ２０ｍｍの棒状で表面にニッケルメッキ１８と金メッキ１９とを施した銅製の構成からなる支持ピン１１の３本を、外装ケースの所定位置に固定用接着剤３８を用いて固定した。なお、支持ピン１１は、両端付近に凹凸２４ａが形成されているものを用いた。

そして、撮像基板４の貫通孔１３に支持ピン１１を挿入しながら撮像基板４をレンズ部材２に嵌め込み、撮像素子３により撮像された画像を検査装置画像で確認しながら撮像基板４の位置を位置決めした。そして、この調整された位置で撮像基板４と支持ピン１１とを半田付けすることにより撮像基板４と支持ピン１１を接着固定して撮像基板４とレンズ部材２とを接着固定してカメラモジュールを組み立てた。

得られたカメラモジュール（それぞれ５０セット）について、撮像素子３および電子部品１６を１０分間作動させた状態での画像の解像度を確認した。結果は表２に示した。

表２から明らかなとおり、試料Ｎｏ．１〜６では、撮像素子３および電子部品１６を作動させた状態での画像の解像度は全て良好であることが確認された。

これに対して、鏡筒の先端が外装ケースに支持された図６の形状からなる鏡筒を用いた試料Ｎｏ．７では、撮像素子３および電子部品１６を作動させた状態で画像の解像度が悪くなった。これはプラスチックレンズに歪みが生じたためであった。また、ガラスレンズですべてのレンズを形成した試料Ｎｏ．８では、レンズ形状の作り込みが難しく解像度が低下しまたコスト高になった。さらに、ガラスレンズですべてのレンズを形成した試料Ｎｏ．９では、撮像素子３および電子部品１６を作動させた状態で画像の解像度が悪くなった。これは被写体側の第１レンズを構成するプラスチックレンズに歪みが生じたためであることがわかった。

本発明の撮像モジュールの実施態様の一例を示し、（ａ）被写体側から見た概略斜視図、（ｂ）被写体と反対側から見た概略斜視図である。 図１の撮像モジュールにおける、（ａ）Ａ−Ａ断面、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面についての概略断面図である。 図１のカメラモジュールの実装工程を説明するための模式図である。 図２（ｂ）のＣ部についての要部拡大断面図である。 図２（ｂ）のＤ部についての要部拡大断面図である。 従来の撮像モジュールにおける外装ケースの形状を示す概略断面図である。

符号の説明

１ カメラモジュール
２ レンズ部材
３ 撮像素子
４ 撮像基板
６ 外装ケース
７ 鏡筒
７Ａ 突出部
８ レンズ
８ａ 第１レンズ
８ｂ 第２レンズ
８ｃ 第３レンズ
８ｄ 第４レンズ
１０ スペーサ
１１ 支持ピン１１
１３ 貫通孔１３
１３ａ 第１貫通孔
１３ｂ 第２貫通孔
１３ｃ 第３貫通孔
１５ リテーナ
１６ ゴムパッキン
１７ 半田
１８ ニッケルメッキ
１９ 金メッキ
２０ 銅メタライズ
２２ 切欠き２２
２４ 凹凸
２４ａ ネジ溝状凹凸
２４ｂ 凹溝状
２４ｃ 凸状
２４ｄ 支持ピンの表面に多数の孔が形成された凹凸
２５ 孔
２６ サブ基板
２７ キャビティ
２８ ガラスリッド
３０ 端子
３２ 電子部品
３３ コネクタ
３５ 切欠き
３７ 凹状孔
３８ 固定用接着剤
ｄ_１、ｄ_２ 鏡筒の内壁面とプラスチックレンズの側面とが２５℃における間隔

Claims (12)

1. 被写体からの光を電気信号に変換する撮像素子が搭載された撮像基板と、
   外装ケースの被写体側前面から該外装ケースの内側に突出するように形成された鏡筒内に、被写体側から１枚目のレンズはガラスレンズ、２枚目以降のレンズはプラスチックレンズの構成で前記撮像素子に被写体像を結像させる複数枚のレンズを配置するとともに、前記プラスチックレンズが前記鏡筒の突出部に位置するように前記複数枚のレンズをそれぞれ前記鏡筒に支持したレンズ部材と、
   を具備することを特徴とする撮像モジュール。
2. 前記レンズは、被写体側前面および撮像素子側後面を前記鏡筒内のレンズ間に設けたスペーサまたは他のレンズに当接されて支持されていることを特徴とする請求項１記載の撮像モジュール。
3. 前記鏡筒の内壁面と前記プラスチックレンズの側面とが２５℃において５０〜１００μｍの間隔を有するように配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の撮像モジュール。
4. 前記ガラスレンズの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と前記外装ケースの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が６×１０^−５／℃以下、前記プラスチックレンズの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）と前記外装ケースの２５℃からガラス転移点までの線熱膨張係数（α_１）との差が２×１０^−５／℃以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の撮像モジュール。
5. 前記ガラスレンズと前記鏡筒との間にゴムパッキンが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の撮像モジュール。
6. 前記撮像基板に接着されるとともに前記外装ケースに埋設または貫通された状態で接着された支持ピンにて、前記撮像基板と前記レンズ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ように前記撮像基板を前記外装ケースに固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の撮像モジュール。
7. 前記撮像基板は矩形状であり、
   前記貫通孔は２または３個であって、前記撮像基板の１つの角部に設けられた第１貫通孔と、該第１貫通孔が設けられた角部と対角に位置する角部に設けられた第２貫通孔とを含む角部に配置され、
   前記支持ピンはそれぞれの前記貫通孔にそれぞれ挿入されて接着固定されていることを特徴とする請求項６記載の撮像モジュール。
8. 前記支持ピンの表面および前記撮像基板の前記支持ピンと接着される表面部分が金または銅にて形成されて、前記支持ピンの表面と前記撮像基板の表面とが半田にて接着固定されていることを特徴とする請求項６記載の撮像モジュール。
9. 前記支持ピンは、前記撮像基板との接着部または前記外装ケースとの接着部の少なくとも一方に凹凸を有することを特徴とする請求項６記載の撮像モジュール。
10. 前記支持ピンの凹凸がネジ溝状、凹溝状、凸状、または前記支持ピンが中空状であってその表面に多数の孔が形成されて凹凸をなしている形状のいずれかであることを特徴とする請求項９記載の撮像モジュール。
11. 前記支持ピンの凹凸が前記撮像基板の貫通孔から該貫通孔の外側にわたる領域に形成されていることを特徴とする請求項９または１０記載の撮像モジュール。
12. 請求項１乃至１１のいずれか記載の撮像モジュールを具備することを特徴とする撮像装置。

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