(57)【要約】【課題】構造を簡素にし、使用環境下における撮像素子の位置ずれを抑制する。【解決手段】撮像ユニット３０は、撮像素子６１が実装された回路基板５０と、撮像素子６１が配置された開口４１を有し、回路基５０板の撮像素子６１が実装された一面上に配置された回路基板支持用パネル４０と、回路基板５０と回路基板支持用パネル４０とを固定する固定機構とを備えている。固定機構は、回路基板５０と回路基板支持用パネル４０とを締結する締結手段と、回路基板５０と回路基板支持用パネル４０とを接着する接着剤７０とを備えている。接着剤７０は、弾性率低下の変曲点の温度が動作保証の最高温度以上である物性を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子が実装された回路基板と、
前記撮像素子が配置された開口を有し、前記回路基板の前記撮像素子が実装された一面上に配置された回路基板支持用パネルと、
前記回路基板と前記回路基板支持用パネルとを固定する固定機構とを備え、
前記固定機構は、
前記回路基板と前記回路基板支持用パネルとを締結する締結手段と、前記回路基板と前記回路基板支持用パネルとを接着する接着剤とを備え、
前記接着剤の弾性率低下の変曲点の温度が動作保証の最高温度以上である、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
前記接着剤の弾性率低下の変曲点の温度は、動的粘弾性測定から得られる損失係数が０．０５となる温度である、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
前記動作保証の最高温度は１０５℃以上である、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
前記接着剤は、熱硬化温度が前記動作保証の最高温度より高い熱硬化型樹脂であり、前記締結手段により前記回路基板と前記回路基板支持用パネルとを締結する前に熱硬化されている、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項５】
請求項１に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
前記回路基板支持用パネルは、アルミニウム系金属により形成されている、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項６】
請求項１に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
前記接着剤により前記回路基板に接着される前記回路基板支持用パネルの部位には、溝が形成されており、前記接着剤は前記溝内に充填されている、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項７】
請求項１に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
前記締結手段は、
回路基板支持用パネルの前記開口の周縁部に形成された複数の固定用孔と、
前記固定用孔のそれぞれに対応して前記回路基板に形成された複数の貫通孔と、
前記貫通孔および前記貫通孔に対応する前記固定用孔のそれぞれに挿通された締結部材とを含む、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項８】
請求項７に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
回路基板支持用パネルの前記固定用孔のそれぞれに雌ねじ部が形成され、
前記締結部材のそれぞれには前記雌ねじ部に締結される雄ねじ部が形成されている、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項９】
請求項７に記載の車載カメラ用撮像ユニットにおいて、
複数の前記固定用孔の少なくとも１つには雌ねじ部が形成され、
複数の前記締結部材の少なくとも１つには、前記雌ねじ部に締結される雄ねじ部が形成され、
複数の前記締結部材の少なくとも他の１つは、前記貫通孔と前記固定用孔とに挿通されるピンである、車載カメラ用撮像ユニット。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の車載カメラ用撮像ユニットと、
撮像レンズ系と、
前記撮像レンズ系を保持するレンズ系保持ケースと、
前記レンズ系保持ケースおよび前記車載カメラ用撮像ユニットが取り付けられる取付用パネルとを備える、車載カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車載カメラ用撮像ユニットおよび車載カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載カメラは、撮像素子が実装された回路基板と、撮像レンズ系との光軸がずれると、鮮明な画像が得られなくなる。そのため、組立時に撮像素子が実装された回路基板と撮像レンズ系との位置合せを高精度に行う。この位置合せは、温度などの環境の変化に対して、高信頼性を有する必要がある。
【０００３】
従来、撮像装置として、下記の構造が知られている。
撮像素子が実装された回路基板を、撮像レンズ系が保持された筒状レンズセルの筒部の軸方向の端部に、撮像素子が光軸上に位置するように配置する。Ｌ字に折曲された２つの側片を有する中間部材を、一方の側片がレンズセルに対面し、他方の側片が回路基板に対面するように介装する。一方の側片とレンズセルとの間および他方の側片と回路基板との間に接着剤を設け、中間部材を介してレンズセルと回路基板とを固定する。さらに、締結部材により、回路基板をレンズセルの一端上に固定する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８８０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された撮像装置は、撮像素子が実装された回路基板とレンズセルとの間にＬ字状の中間部材を介装するので、構造が複雑である。また、撮像装置が高温の環境下に置かれた場合、接着剤が変形し、撮像素子が光軸からずれる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による車載カメラ用撮像ユニットは、撮像素子が実装された回路基板と、撮像素子が配置された開口を有し、回路基板の撮像素子が実装された一面上に配置された回路基板支持用パネルと、回路基板と回路基板支持用パネルとを固定する固定機構とを備え、固定機構は、回路基板と回路基板支持用パネルとを締結する締結手段と、回路基板と回路基板支持用パネルとを接着する接着剤とを備え、接着剤の弾性率低下の変曲点の温度が動作保証の最高温度以上である。
本発明による車載カメラは、上記車載カメラ用撮像ユニットと、撮像レンズ系と、撮像レンズ系を保持するレンズ系保持ケースと、レンズ系保持ケースおよび車載カメラ用撮像ユニットが取り付けられる取付用パネルとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、構造が簡素となる。また、使用環境下における撮像素子の位置ずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の車載カメラの一実施の形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に図示された撮像ユニットの平面図。
【図３】図２に図示された支持パネルの裏面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】接着剤の弾性率および損失係数（ｔａｎδ）の温度特性図。
【図６】温度サイクル試験後の位置ずれ量を示す図。
【図７】本発明の車載カメラ用ユニットの実施形態２を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−実施形態１−
［車載カメラの全体構造］
以下、図面を参照して、本発明の車載カメラ用ユニットおよび車載カメラの一実施の形態を説明する。
図１は、本発明の車載カメラの一実施の形態を示す分解斜視図である。
車載カメラ１は、外装パネル（取付用パネル）１０と、撮像レンズ系２１と、レンズ系保持ケース２２と、リアケース２５と、撮像ユニット３０とから構成されている。
レンズ系保持ケース２２は円筒形状を有し、撮像レンズ系２１はレンズ系保持ケース２２に内蔵されている。レンズ系保持ケース２２の後部側には、雄ねじ部２３が形成されている。
外装パネル１０には、レンズ系保持ケース２２を挿通する貫通孔１１を有する筒部１２が一体成形されている。
【００１０】
レンズ系保持ケース２２は、筒部１２の貫通孔１１に撮像レンズ系２１の前面が外装パネル１０の前面側に突出するように嵌入される。このとき、レンズ系保持ケース２２の雄ねじ部２３は、筒部１２の後端面から突出される。リアケース２５は、底部に開口部２５ａを有する円筒形状を有し、内部に雌ねじ部２６が形成されている。リアケース２５は、筒部１２から突出したレンズ系保持ケース２２の雄ねじ部２３に雌ねじ部２６を螺合して、レンズ系保持ケース２２に取り付けられる。レンズ系保持ケース２２に取り付けられた状態で、リアケース２５の開口部２５ａの中心は、撮像レンズ系２１の光軸上に位置する。
【００１１】
撮像ユニット３０は、支持パネル（回路基板支持用パネル）４０と、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の撮像素子６１が実装された回路基板５０とを備えている。撮像ユニット３０は、不図示の締結部材により、外装パネル１０に取り付けられる。後述するように、回路基板５０は、支持パネル４０に固定されており、支持パネル４０を外装パネル１０に締結することにより、撮像ユニット３０が外装パネル１０に固定される。支持パネル４０には、リアケース２５を嵌入する開口４１が形成されており、回路基板５０に実装された撮像素子６１は、支持パネル４０の開口４１内に配置される。撮像ユニット３０は、撮像素子６１の撮像領域（図示せず）のほぼ中心が、撮像レンズ系２１の光軸上に位置するように外装パネル１０に取り付けられる。
図示はしないが、回路基板５０には、モニタディスプレイに接続されたワイヤハーネス等の接続部材が接続され、撮像素子６１により読み取られた光学画像がモニタディスプレイに表示される。
【００１２】
［撮像ユニットの構造］
図２は、図１に図示された撮像ユニット（車載カメラ用ユニット）の平面図であり、図３は、図２に図示された支持パネルの裏面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
支持パネル４０は、アルミニウム、アルミニウム合金等（アルミニウム系金属）などの金属または、セラクッミスや合成樹脂により形成されている。
支持パネル４０は、ほぼ矩形形状の板状部材であり、ほぼ中央部に開口４１が形成されている。開口４１の周縁部には、複数（実施例では３つ）の雌ねじ部（固定用孔）４２が形成されている。支持パネル４０の側縁部には、支持パネル４０を外装パネル１０に固定する締結部材を挿通するための複数（実施例では３つ）の取付用孔４３が形成されている。
【００１３】
支持パネル４０の裏面（回路基板５０との対向面）側は、ほぼ平坦面とされ、この裏面には複数（実施例では６つ）の溝４５が形成されている。溝４５は、開口４１の周縁部に設けられ、各雌ねじ部４２の間に１〜２つずつ、支持パネル４０の開口４１の中心から等距離の位置に環状に配置されている。支持パネル４０の開口４１の中心Ｏは、撮像レンズ系２１の光軸上に配置される。
【００１４】
回路基板５０には、支持パネル４０の雌ねじ部４２に対応する位置に貫通孔５１（図４参照）が形成されている。上述したように、回路基板５０には、撮像素子６１が実装されている。回路基板５０の支持パネル４０と対向する一面側には、不図示の配線パターンおよび接続用端子が形成されており、撮像素子６１は、支持パネル４０の開口４１内に配置された状態で、その端子が回路基板５０の接続用端子にボンディングされている。
【００１５】
支持パネル４０の各溝４５内には接着剤７０が充填されている。回路基板５０と支持パネル４０とは接着剤７０により接着されている。また、回路基板５０は、支持パネル４０に接着された状態で、ボルトやねじ等の締結部材６３により支持パネル４０に固定されている。
【００１６】
［撮像ユニットの組立方法］
撮像ユニット３０の組立方法を説明する。
先ず、支持パネル４０と回路基板５０とを有機溶剤で洗浄し、乾燥させる。洗浄する面は、支持パネル４０と回路基板５０それぞれの全面でもよいし、支持パネル４０と回路基板５０それぞれの相互に対向する面のみでもよい。
支持パネル４０の各溝４５内に接着剤７０を所定量充填する。接着剤７０の充填には、例えば、ディスペンサを用いる塗布法を適用することができる。しかし、この方法に限られるものではなく、印刷、転写等他の方法を用いてもよい。接着剤７０の物性については、後述するが、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂系等を挙げることができる。接着剤７０の充填量は、接着剤７０の上面が、支持パネル４０の裏面と同一面から僅かに盛り上がる程度とする。
【００１７】
次に、支持パネル４０の裏面に、撮像素子６１が実装された回路基板５０を配置する。回路基板５０は、各貫通孔５１を支持パネル４０の対応する雌ねじ部４２に位置合せをして、支持パネル４０の裏面に密着させる。この状態で、締結部材６３を回路基板５０の貫通孔５１内に挿通し、支持パネル４０の雌ねじ部４２に締結する。この後、接着剤７０を熱硬化する。これにより、支持パネル４０と回路基板５０とは、両部材間に介装された接着剤７０により接着され、かつ、締結部材６３により締結された状態で固定される。
【００１８】
熱硬化型の接着剤７０を用いた場合、接着剤７０を熱硬化する温度は、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上とすることが好ましい。接着剤７０を、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上とすることにより、熱硬化時に接着剤７０中に含有されている水分等が放出され、使用状態で接着剤７０からの放出ガスにより撮像素子６１が汚染されるリスクを低減することができる。
次に、接着剤７０の物性について説明する。
【００１９】
［接着剤の物性］
接着剤７０（以下、適宜、単に「接着剤」とする。）は、動的粘弾性測定から得られる損失係数が０．０５となる温度が、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上の材料により形成されている。撮像ユニット３０は、例えば、１０５℃程度となる高温の環境下に設置される。接着剤は、温度の上昇と共に軟化し、弾性率が低減する。接着剤の動的粘弾性測定から得られる損失係数が０．０５となる温度が、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度未満であると、接着剤の変形により回路基板５０の位置、換言すれば、撮像素子６１の撮像領域の位置がずれる。このため、撮像した画像の位置を正確に表示することができない。
【００２０】
図５は、接着剤の弾性率および損失係数（ｔａｎδ）の温度特性図を示す。
接着剤の損失係数（ｔａｎδ）は、所定の温度において弾性率が急激に変化する変曲点を有する。接着剤の弾性率は、この弾性率の変曲点で急激に低下する。図５において、点線で示す温度が弾性率低下の変曲点であり、この例では、接着剤７０の弾性率低下の変曲点の温度（ｔａｎδ立ち上がり温度）は、ｔａｎδが０．０５である１２４℃程度である。撮像ユニット３０の保証温度を１０５℃程度とすると、接着剤７０の弾性率低下の変曲点の温度は、撮像ユニット３０の保証温度よりも高い。なお、ｔａｎδ曲線の頂部がガラス転移点である。
【００２１】
従来の接着剤のｔａｎδ曲線の一例を二点鎖線で示す。従来の接着剤では、弾性率低下の変曲点の温度は、１００℃程度であり、撮像ユニット３０の保証温度１０５℃程度よりも低い。このように、弾性率低下の変曲点の温度が、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度未満である接着剤は、撮像ユニット３０の保証温度の最大温度付近での変形が大きくなり、撮像素子６１の位置ずれが生じる。
これに対し、弾性率低下の変曲点の温度が、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上である接着剤を用いれば、例えば、１０５℃となる高温の環境下においても、接着剤の変形を抑圧することができ、撮像素子６１の位置ずれを抑制することができる。
【００２２】
［信頼性評価］
上記撮像ユニット３０に対して行った信頼性試験評価について説明する。
信頼性試験評価は、温度サイクル衝撃試験を行い、試験後に支持パネル４０に対する回路基板５０の位置ずれ量を計測する方法により行なった。温度サイクル衝撃試験は、撮像ユニット３０を−４０℃と１０５℃とに、それぞれ、３０分間放置する熱衝撃ステップを１サイクルとする熱衝撃試験を、２００サイクル行った。
図６は、温度サイクル試験後の位置ずれ量を示す図である。
図６において、実施例は、弾性率の損失係数が０．０５となる温度が１４０℃であり、ガラス転移点が１６０℃である接着剤を用い、かつ、ねじ（締結部材）６３により締結した構造とした。
接着剤を用いず、ねじ６３による締結のみの固定構造を従来例とした。また、弾性率の損失係数が０．０５となる温度が１００℃であり、ガラス転移点が１１０℃である接着剤を用い、かつ、ねじ６３により締結した構造を比較例とした。
【００２３】
温度サイクル衝撃試験後の評価結果、従来および比較例では、図６に図示されるように、支持パネル４０に対する回路基板５０の位置ずれ量は０．９μｍであった。
これに対し、本発明の実施例では、支持パネル４０に対する回路基板５０の位置ずれ量は０．４μｍ未満であった。
これにより、実施例の構造が、従来や比較例よりも支持パネル４０に対する回路基板５０の位置ずれ量を抑制するものであることが確認された。
【００２４】
実施形態１の撮像ユニット３０によれば下記の効果を奏する。
（１）回路基板５０と支持パネル４０とを、回路基板５０の撮像素子６１が実装された一面上に支持パネル４０を配置した状態で、回路基板５０と支持パネル４０との間に介在された接着剤７０と、回路基板５０を支持パネル４０に締結する締結部材６３とにより固定した。このように、回路基板５０と支持パネル４０との間に、接合中間部材を必要としない構造であるので、構造が簡素であり、組付けが容易である。
【００２５】
（２）回路基板５０と支持パネル４０とを接着する接着剤７０として、弾性率低下の変曲点の温度が、撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上である物性のものを用いた。このため、撮像ユニット３０の動作保証範囲内における接着剤７０の変形により生じる、支持パネル４０に対する撮像素子６１が実装された回路基板５０の位置ずれを抑制することができる。
【００２６】
（３）接着剤７０として熱硬化温度が撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上である物性のものを用い、締結部材６３により回路基板５０を支持パネル４０に締結した後、接着剤７０を撮像ユニット３０の動作保証の最高温度以上の温度で熱硬化するようにした。このため、熱硬化時に接着剤７０中に含まれる水分等を放出され、使用状態で接着剤７０からの放出ガスにより撮像素子６１が汚染されるリスクを低減することができる。
【００２７】
（４）支持パネル４０に溝４５を設け、接着剤７０を溝４５内に充填するようにした。これより、回路基板５０と支持パネル４０とを接着する接着剤７０の塗布量を一定にすることが容易となり、接着力のばらつきを小さくすることができ、信頼性を向上することができる。
【００２８】
（５）接着剤７０が塗布される支持パネル４０の溝４５を、撮像レンズ系２１の光軸上に位置する支持パネル４０の開口４１の中心から等距離の位置に形成した。このため、接着剤７０の熱膨張・収縮により回路基板５０に作用する応力が対称となり、回路基板４０の位置ずれ量を小さくすることができる。
【００２９】
−実施形態２−
図７は、本発明の車載カメラ用ユニットの実施形態２を示す断面図である。
図７に図示された撮像ユニット３０Ａは、図２に図示された実施形態１の撮像ユニット３０とは、支持パネル４０Ａが、１つの雌ねじ部４２と、２つのピン孔４６を有している点で相違する。実施形態２の回路基板５０Ａは、図示はしないが、実施形態１の回路基板５０における３つの雌ねじ部４２のうち、２つの雌ねじ部４２が、支持パネル４０Ａのピン孔と同一径のピン孔に置換されている。
【００３０】
支持パネル４０Ａへの回路基板５０Ａの取り付けは、実施形態１と同様、接着剤により支持パネル４０Ａと回路基板５０Ａとを接着し、締結部材６３を回路基板５０Ａの貫通孔５１に挿通し、支持パネル４０Ａの雌ねじ部４２に締結する。そして、頭部を有するピン（図示せず）を回路基板５０Ａのピン孔および支持パネル４０Ａのピン孔４６に挿通する。ピンは、支持パネル４０Ａと回路基板５０Ａとの位置決めのための仮固定用として用いるので、挿通側と反対側においてかしめる必要はない。この後、接着剤７０を熱硬化する。そして、接着剤７０を熱硬化後、ピンを抜く。
なお、ピンを回路基板５０Ａのピン孔および支持パネル４０Ａのピン孔４６に挿通し、挿通側と反対側でかしめるようにしてもよい。
【００３１】
実施形態２の他の構成は、実施形態１と同様である。
よって、実施形態２においても実施形態１と同様な効果を奏する。加えて、ピンはボルトやねじに比し、小径であり、また、ピンによる固定または仮固定は、構造が簡素となる。このため、実施形態２によれば、構造が一層、簡素となり、かつ、撮像ユニット３０Ａの小型化を図ることができる。
【００３２】
なお、上記各実施形態では、ボルトやねじ等の締結部材６３を、支持パネル４０に設けた雌ねじ部４２に締結する構造として例示した。しかし、支持パネル４０の雌ねじ部４２を、締結部材６３を挿通する貫通孔とし、この貫通孔を挿通した締結部材６３にナットを締結する構造としてもよい。
【００３３】
上記実施形態では、回路基板５０を単層とした構造として例示した。しかし、回路基板５０を積層基板としてもよい。回路基板５０を積層基板とすることにより、回路基板５０の面積を小さくすることができる。支持パネル４０を回路基板５０に対応して面積の小さいものとすれば、撮像ユニット３０の面積を小さくすることができ、撮像ユニット３０を狭い空間内に設置することが可能となる。
【００３４】
上記実施形態では、支持パネル４０に接着剤７０を塗布するための溝４５を形成したが、溝４５は必ずしも必要とされるものではない。
【００３５】
その他、本発明は、発明の趣旨の範囲において、種々、変形することが可能であり、要は、回路基板と回路基板支持用パネルとを固定する固定機構とを備え、固定機構は、回路基板と回路基板支持用パネルとを締結する締結手段と、回路基板と前記回路基板支持用パネルとを接着する接着剤とを備え、接着剤が弾性率低下の変曲点の温度が動作保証の最高温度以上である物性を有するものであればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１      車載カメラ
１０      外装パネル（取付用パネル）
２１      撮像レンズ系
２２      レンズ系保持ケース
２５      リアケース
３０、３０Ａ      撮像ユニット
４０、４０Ａ      支持パネル（回路基板支持用パネル）
４１      開口
４２      雌ねじ部（固定用孔）
４５      溝
４６      ピン孔
５０、５０Ａ      回路基板
５１      貫通孔
６１      撮像素子
６３      締結部材
７０      接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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