JP2022038900A - 撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鏡筒部を筐体に取り付けるために接着剤を熱硬化する際に、物体検出において信頼性の高い撮像モジュールの製造方法を提供すること。【解決手段】レンズを保持する鏡筒部４を、少なくとも熱処理により硬化する接着剤を用いて筐体部９に固定する工程を含む撮像モジュール１の製造方法は、筐体部９の一部には筐体部９の外側の面と内側の面とを繋ぐ貫通孔１０が形成されており、固定する工程では、筐体部９に形成された、鏡筒部４を取り付けるための取り付け部の周縁に、接着剤を塗布する工程と、鏡筒部４を、塗布された接着剤を介して筐体部９に接合する工程と、鏡筒部４を接合した筐体部９に対して熱処理を施すことにより接着剤を硬化させる工程と、鏡筒部４が固定された筐体部９に対して、貫通孔１０における筐体部９の外側の面の開口を覆うように封止部材１１を取り付けて開口を封止する工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像モジュール、その製造方法およびそれを備えた撮像装置に関する。

近年、車両の運転支援システムの普及に伴い、運転支援用車載カメラが車両に搭載されることが増えている。運転支援用車載カメラは、車載カメラ内部のＩＳＰ（Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）による画像処理により、車両、歩行者、障害物などの物体を検知し、運転者に警告を行ったり、車両を強制的に停止させたりするなど、車両の運転支援システムにおいて重要な役割を担っている。

多くの場合、カメラを構成する撮像モジュールは、レンズが取り付けられた部材と、撮像素子などを内部に有する筐体とが組み合わせられて作られる。例えば、特許文献１には、外装ケースとレンズバレルとを備え、レンズバレルが外装ケースに嵌合されるカメラ装置が開示されている。

また、特許文献２には、接着剤を介してレンズとフロントカメラハウジングとを固定する技術が開示されている。より具体的には、特許文献２では、予め位置合わせした光軸をずらすことなく、レンズとフロントカメラハウジングとをより強く組み付けるために、UV照射と熱処理の２段階で接着剤を硬化させる手法を用いている。

特開２０１１－１６４４６１号公報 米国特許出願公開第２０１２/００１９９４０号明細書

車載カメラにおいて用いられる撮像モジュールは、車両走行時の振動により破損する可能性があるため、構成部品を互いに強く組み付ける必要がある。

そのため、特許文献２に記載の技術のように、鏡筒部を筐体に取り付けるために接着剤を熱硬化させる場合、熱処理を行う必要がある。このとき、接着剤と同時に加熱された撮像モジュール内部の空気は膨張し、撮像モジュール内部は陽圧になることがある。これにより、接着剤の接着強度が低下したり、予め調整された撮像素子と鏡筒部との位置関係が狂い、光軸ズレが生じたりする。結果として、撮像モジュールが撮影した画像の解像度が低下し、画像処理を行う際に物体を誤検知する可能性がある。

本開示に係る技術の目的は、物体検出において信頼性の高い撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法および撮像装置を提供することである。

本開示に係る撮像モジュールの製造方法は、レンズを保持する鏡筒部を、少なくとも熱処理により硬化する接着剤を用いて筐体に固定する工程を含む撮像モジュールの製造方法であって、前記筐体には、撮像素子と当該撮像素子から出力される信号を画像データとして外部に出力する出力機構とが備えられているとともに、前記筐体の一部には当該筐体の外側の面と内側の面とを繋ぐ貫通孔が形成されており、前記筐体に固定する工程では、前記筐体に形成された、前記鏡筒部を取り付けるための取り付け部の周縁に、前記接着剤を塗布する工程と、前記鏡筒部を、塗布された前記接着剤を介して前記筐体に接合する工程と、前記鏡筒部を接合した前記筐体に対して熱処理を施すことにより前記接着剤を硬化させる工程と、前記鏡筒部が固定された前記筐体に対して、前記貫通孔における前記筐体の外側の面の開口を覆うように封止部材を取り付けて前記開口を封止する工程と、を含む。

本開示に係る撮像モジュール、撮像モジュールの製造方法および撮像装置は、物体検出において高い信頼性を有することになる。

図１は、実施形態に係る撮像モジュールの分解図である。 図２は、実施形態に係る撮像モジュールの断面図である。 図３は、実施形態に係る貫通孔が形成されている後面ケースの拡大断面図である。 図４は、実施形態に係る撮像モジュールの斜視図である。 図５は、実施形態に係る撮像モジュールの組み立て方を示す図である。

（実施形態）
以下に図面を参照して、本開示に係る撮像モジュールおよびその製造方法について説明する。

＜撮像モジュール１の構成＞
まず、実施形態に係る撮像モジュールの構成を図１～４を参照して説明する。

図１は、撮像モジュール１の分解図である。図１に示すように、撮像モジュール１は、前面ケース２（第１のケース）、後面ケース３（第２のケース）、鏡筒部４、センサー基板５、ネジ６、防水パッキン７およびネジ８から構成されている。

鏡筒部４は、前面ケース２に対して、その外側から取り付けられている。またセンサー基板５は、ネジ６により前面ケース２の内部に取り付けられている。後面ケース３は、ネジ８により、センサー基板５が取り付けられている前面ケース２に取り付けられている。このとき、前面ケース２と後面ケース３との間には防水性を向上させる目的で、ゴム製の防水パッキン７が取り付けられる。なお、前面ケース２に対して後面ケース３が取り付けられて形成される構造体は、以下筐体部９とも称する。

続いて、図１に加えて図２も参照しつつ撮像モジュール１を構成する主たる部材についてより詳細に説明する。図２は、撮像モジュール１の断面図である。

（前面ケース２）
上述したように前面ケース２には、前面ケース２の外側から、すなわち後面ケース３が取り付けられる側の反対側から鏡筒部４が取り付けられる。このとき、鏡筒部４が取り付けられる前面ケース２の面には、鏡筒部４の端面の形状と同形状の孔が形成されていることが好ましい。鏡筒部４の一端を前面ケース２の孔にはめ込むことで、鏡筒部４は前面ケース２に対して取り付けられる。このとき、前面ケース２における孔の周縁であり、かつ、鏡筒部４の端面が接する面には、鏡筒部４を固定するための接着剤が塗布されている。

ここで、塗布される接着剤について説明する。前面ケース２と鏡筒部４とを固定する接着剤は、少なくとも熱処理により硬化する性質を有するものである。前面ケース２と鏡筒部４とをより精度高く取り付けるために、熱処理による本硬化に先立って、例えば紫外線（UV）照射により仮硬化する性質を有していることが好ましい。これ以降、UV照射による仮硬化を第１硬化、熱処理による本硬化を第２硬化と呼ぶ。すなわち、本実施形態において用いられる接着剤は、UV照射による第１硬化と熱処理による第２硬化との２段階の工程を経て硬化されるものであることが好ましい。このような２段階の工程を経て硬化される接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂を含む接着剤などをあげることができる。

UV照射による第１硬化を行っておくことにより、熱処理による第２硬化までの間に、筐体部９に取り付けた鏡筒部４の位置がずれることを防ぐことができる。
前面ケース２の材質としては、樹脂または金属などを用いることができる。成形性の観点からは樹脂製であることが好ましく、放熱性の観点からは金属製であることが好ましい。

（後面ケース３）
後面ケース３は、画像信号を出力するための出力機構を備えている。出力機構としては、例えば同軸（２線タイプ）用コネクタ、STQ（4線タイプ）コネクタ、或いはCAN入りSTQ（6線タイプ）コネクタなどをあげることができる。

図２に示すように、後面ケース３が前面ケース２に取り付けられ、筐体部９を構成する。後面ケース３には、貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０は、筐体部９の内部空間と、筐体部９の外側の空間とを繋いでいる。

後面ケース３の材質としては、樹脂または金属などを用いることができる。前面ケース２と同様に、後面ケース３においても、成形性の観点からは樹脂製であることが好ましく、放熱性の観点からは金属製であることが好ましい。このとき、前面ケース２と後面ケース３は、同一の材質であってもよいし、それぞれが異なる材質であってもよい。

（鏡筒部４）
鏡筒部４は、前面ケース２に対して接着剤を介して取り付けられるものであり、その内部にレンズが組み込まれた円筒部材である。鏡筒部４に組み込まれているレンズは、プラスチックあるいはガラスなどで構成され、対象物からの光を後述する撮像素子上に結像させる。

（センサー基板５）
センサー基板５は、鏡筒部４内のレンズを通過した光を電気信号に変換する撮像素子を実装する基板である。センサー基板５には、ネジ６を通す穴が形成されている。センサー基板５は、その穴を介して、ネジ６により前面ケース２に固定されている。

（防水パッキン７）
防水パッキン７は、筐体部９の内部空間の気密性を保つための密封部材である。防水パッキン７は、前面ケース２と、後面ケース３とに挟まれて、両サイドから押圧される。この結果、防水パッキン７により、前面ケース２と後面ケース３との合わせ面が密封され、撮像モジュール１は防水機能を有することになる。

防水パッキン７の材料としては、例えばゴムなどの任意の弾性材料を用いることができる。

（貫通孔１０）
図３を参照しつつ貫通孔１０について説明する。図３は、貫通孔１０が形成されている後面ケース３の拡大断面図である。

貫通孔１０は、接着剤を熱硬化する際に加熱された筐体部９の内部空間の空気を、筐体部９の外部に排出する孔である。図３に示すように、撮像モジュール１が完成した際には、貫通孔１０の外部空間側の開口は、封止部材１１により封止されている。

ここで貫通孔１０について図４を参照しつつ以下により詳細に説明する。図４は、撮像モジュール１の斜視図である。

図４に示すように、貫通孔１０は後面ケース３の壁面に形成されている。貫通孔１０の形状は、筐体部９から空気を排出可能な形状であれば特に限定されない。また貫通孔１０の数についても、筐体部９から空気を排出可能な数であれば特に限定されない。また、本実施形態において貫通孔１０は後面ケース３に形成されているが、前面ケースに形成されてもよい。ただし、実用性の点から、貫通孔１０の形成されている位置は、貫通孔１０を塞ぐための封止部材１１が撮像モジュール１をカメラ装置（不図示）に対して実装する際に影響を及ぼさない位置であることが好ましい。

（封止部材１１）
封止部材１１は、貫通孔１０の外部空間側の開口を封止するために取り付けられている。封止部材１１は、種々の方法により後面ケース３に接着されている。封止部材１１の接着方法の詳細については下記にて詳述する。

封止部材１１の材質は、その接着のさせ方により様々選択することができる。例えば、レーザー溶着により接着させる場合には、レーザー透過性の樹脂を用いることが好ましい。

＜撮像モジュール１の製造方法＞
次に、撮像モジュール１の製造方法を、図５を参照しつつ以下に説明する。

撮像モジュール１の製造方法は、その工程として、以下の筐体部９の作製、鏡筒部４の取り付け、接着剤の硬化、貫通孔１０の封止に関する工程を含む。

（筐体部９の作製）
まず、撮像モジュール１を構成する各構成部材のうち、筐体部９を作製する（作製工程については図５において不図示）。

ネジ６を用いて、センサー基板５を前面ケース２に取り付けて固定する。次に、前面ケース２と後面ケース３の間に防水パッキン６を挟み、それらをネジ８により固定する。これにより筐体部９が作製される。

（鏡筒部４の取り付け）
図５（ａ）に示すように、前面ケース２における鏡筒部４の取り付け位置に、接着剤を塗布し、接着剤層１２を形成する。

次に、鏡筒部４は、後面ケース３の出力機構を介して出力される映像を確認しながら、５軸調整機により、撮像モジュールの光軸調整（X/Y）、フォーカス位置（Z）、あおり（θX/θY）の５軸を調整しつつ取り付けられる。より具体的には、図５（ｂ）に示すように、鏡筒部４と、予め接着剤層１２が形成された前面ケース２とを、規定値まで近接させる。次に、Z軸方向（レンズの光軸方向）に鏡筒部４を動かし、光軸、中心及び周辺でのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のピークを探索し、計算値により調整位置を決定する（フォーカス位置の調整）。次に、ＸＹ方向（レンズの光軸方向に直交する方向）に位置補正を行い、光軸調整を行う。次に、レンズの光軸方向と撮像素子との位置関係を傾け、あおり（θX/θY）調整を行う。なお、光軸調整の順序は上述した順序に限られない。また、光軸調整に用いられるパラメーターは、５軸に限られない。

（接着剤の硬化）
５軸調整が完了した後、接着剤を２段階で硬化させ、前面ケース２に対して鏡筒部４を固定する。このとき、接着剤は、UV照射による第１硬化と、熱処理による第２硬化との２段階の工程を経て硬化される。

より具体的には、まず、図５（ｃ）に示すように、前面ケース２と鏡筒部４との接合部分に塗布された接着剤に対して、UV照射を行う。これにより、予め調整された撮像素子と鏡筒部４との位置関係が仮固定される。次に、図５（ｄ）に示すように、第１硬化された接着剤に対して、熱処理を施すことで第２硬化を行う。一般的には、７０℃以上に加熱された装置内において、５分間以上熱処理を行うことが望ましい。これにより、鏡筒部４は前面ケース２に対してより固く組み付けられることになる。上述した接着剤の２段階硬化により、撮像モジュール１は、予め位置合わせした光軸をずらすことなく、車両走行中に受ける衝撃に耐えうる強度を確保することができる。

なお、撮像モジュール１では、後面ケース３に形成されている貫通孔１０を通じて、熱膨張した筐体部９の内部空間の空気が外部に排出される。これにより、筐体部９の内部空間の圧力上昇を抑制する。

（貫通孔１０の封止）
図５（ｅ）に示すように、熱処理による接着剤の第２硬化完了後、封止部材１１を貫通孔１０における開口を覆うように取り付け、後面ケース３に対してレーザー溶着する。これにより、貫通孔１０は封止され、筐体部９は密閉される。

以上により、実施形態の撮像モジュール１の製造方法が終了する。

ところで、上述した熱処理による接着剤の第２硬化の際に、筐体部９の内部空間の空気が熱膨張する。仮に貫通孔１０が形成されていない状態で熱処理を行った場合、密閉された筐体部９の内部空間に圧力が掛かり、接着剤の接着強度が低下することがある。また、予め調整された撮像素子と鏡筒部４との位置関係が狂い、光軸ズレが生じる可能性がある。

しかし、撮像モジュール１の製造方法によれば、熱処理による接着剤の第２硬化の際に、熱膨張した筐体部９の内部空間の空気が貫通孔１０から排出される。これにより、撮像モジュール１の筐体部９の内部が陽圧になることを回避することができるため、熱硬化時の接着剤の接着強度低下と光軸ズレとを防止することができる。

また、熱処理完了後に貫通孔１０を封止することにより、撮像モジュール１は防水機能を備えることができる。

さらに、レーザー溶着により貫通孔１０を封止する場合、短時間で貫通孔１０を封止できるとともに、封止部材１１を高い機械強度で後面ケース３に取り付けることができる。

（撮像モジュール１の製造方法の変形例）
上述した撮像モジュール１の製造方法では、封止部材１１をレーザー溶着することで貫通孔１０を封止する方法を記載している。しかし、貫通孔１０を封止する方法はレーザー溶着のみに限定されるものではない。

レーザー溶着以外の封止方法について以下に記載する。

他の方法としては、接着剤を封止部材１１として用いてもよい。より具体的には、接着剤を撮像モジュール１の外部空間側から貫通孔１０に流し込んで硬化させ、貫通孔１０を封止する。このとき、貫通孔１０の外部空間側の開口は、後面ケース３と異なる材質からなる接着剤により封止される。接着剤による貫通孔１０の封止方法では、封止部材１１として別体の部材を用いる必要がないことから作業が簡便である。

またさらに他の方法としては、貫通孔１０の近傍に封止部材１１の材料になる部位を設けておき、その部位を熱圧着することにより貫通孔１０を封止するようにしてもよい。より具体的には、２５０℃～３００℃に熱せられたはんだごてを用いて、後面ケース３と同一の材質からなる封止部材１１を加圧して変形させ、貫通孔１０の外部空間側の開口を塞ぐ。熱圧着による貫通孔１０の封止方法では、封止部材１１のような別体の部材を必要としないことと同時に、貫通孔１０が形成されている後面ケース３と同一の材質で封止できる。

本開示に係る撮像モジュールを備えた撮像装置についても発明の範囲に含むものとする。ここでの撮像装置としてはカメラであったり、撮像モジュールが搭載される車載機器や車両部品などを挙げることができる。

なお、上記には、実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、例として提示したものであり、本開示の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施の形態は、本開示の範囲または要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本開示に係る撮像モジュールは、例えば車載カメラ、監視カメラ、ドローン用カメラなどに用いることができる。

１ 撮像モジュール
２ 前面ケース
３ 後面ケース
４ 鏡筒部
５ センサー基板
６ ネジ
７ 防水パッキン
８ ネジ
９ 筐体部
１０ 貫通孔
１１ 封止部材
１２ 接着剤層

Claims (10)

1. レンズを保持する鏡筒部を、少なくとも熱処理により硬化する接着剤を用いて筐体に固定する工程を含む撮像モジュールの製造方法であって、
   前記筐体には、撮像素子と当該撮像素子から出力される信号を画像データとして外部に出力する出力機構とが備えられているとともに、前記筐体の一部には当該筐体の外側の面と内側の面とを繋ぐ貫通孔が形成されており、
   前記筐体に固定する工程では、
   前記筐体に形成された、前記鏡筒部を取り付けるための取り付け部の周縁に、前記接着剤を塗布する工程と、
   前記鏡筒部を、塗布された前記接着剤を介して前記筐体に接合する工程と、
   前記鏡筒部を接合した前記筐体に対して熱処理を施すことにより前記接着剤を硬化させる工程と、
   前記鏡筒部が固定された前記筐体に対して、前記貫通孔における前記筐体の外側の面の開口を覆うように封止部材により前記開口を封止する工程と、
   を含む撮像モジュールの製造方法。
2. 前記封止する工程は、レーザー透過性の樹脂からなる前記封止部材を、レーザー溶着させる工程である
   請求項１に記載の撮像モジュールの製造方法。
3. 前記封止する工程は、固化することで前記貫通孔を封止する封止材料を前記封止部材として前記撮像モジュールの外側から前記貫通孔に流し込む工程である
   請求項１に記載の撮像モジュールの製造方法。
4. 前記封止する工程は、前記筐体において前記貫通孔の近傍に設けられた前記封止部材を、当該貫通孔を覆うようにして熱圧着することにより当該貫通孔を封止する工程である
   請求項１に記載の撮像モジュールの製造方法。
5. 前記筐体に接合する工程では、当該接着剤に対して紫外線を照射することにより当該接着剤を硬化させておく工程を含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法。
6. 前記熱処理は、７０℃以上に加熱された装置内に、５分間以上、前記鏡筒部を接合した前記筐体を投入することにより行われる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法。
7. 前記撮像素子を備えた第１のケースと、前記出力機構を備えた第２のケースとを、パッキンを介して接合することにより前記筐体を組み立てる工程をさらに含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像モジュールの製造方法。
8. 前記貫通孔は、前記第２のケースに形成されている、
   請求項７に記載の撮像モジュールの製造方法。
9. レンズを保持する鏡筒部と、
   熱硬化性接着剤を介して前記鏡筒部を保持し、撮像素子と当該撮像素子から出力される信号を画像データとして外部に出力する出力機構とを備える筐体と、
   前記筐体の一部に形成され、当該筐体の外側の面と内側の面とを繋ぐ貫通孔と、
   前記貫通孔における前記筐体の外側の面の開口を封止する封止部材と、
   を備える撮像モジュール。
10. 請求項９に記載の撮像モジュールを備えた撮像装置。

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