(57)【要約】【課題】Ｏリングなどの安価な部品を用いて撮像素子上へのゴミ侵入を防止し、かつ、撮像素子実装基板への負荷低減と溝部への嵌め込み等の手間を不要として、コスト削減を実現したカメラモジュールを提供することが課題である。【解決手段】基板上に配された撮像素子と、レンズユニットを保持して前記基板から立設または基板が取り付けられる筐体と、光侵入側の面にガラスまたは光学フィルタ、もしくはレンズなどの透光性部材を有して撮像素子を囲繞した押さえ部材と、基板と押さえ部材との間に密着して気密状態を形成する弾性を有した密着部材とを備え、該押さえ部材の密着部材と接する面を、撮像素子から遠くなるに従って密着部材を外側に押圧する方向に傾いたテーパー面が形成され、基板に対して押圧した押さえ部材により密着性を確保する構造とした。【選択図】図１
2009201079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配された撮像素子と、
撮像用レンズで構成されたレンズユニットと、
光侵入側の面にガラスまたは光学フィルタ、もしくはレンズなどの透光性部材を有して前記撮像素子を囲繞した押さえ部材と、
前記基板と前記押さえ部材との間に密着して気密状態を形成する弾性を有した密着部材と、を備え、
前記押さえ部材の前記密着部材と接する面に、前記基板から遠くなるに従って前記密着部材を外側に押圧する方向に傾いたテーパー面が形成され、該テーパー面による前記密着部材の基板方向への押圧により密着性を確保することを特徴とする撮像モジュール。
【請求項２】
前記押さえ部材の基板に面する側の開口部、および前記密着部材は環状となっていることを特徴とする請求項１に記載した撮像モジュール。
【請求項３】
前記密着部材の断面は、略円形状であることを特徴とする請求項１または２に記載した撮像モジュール。
【請求項４】
前記密着部材は遮光性を有する部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した撮像モジュール。
【請求項５】
前記密着部材はアウトガスの少ない部材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した撮像モジュール。
【請求項６】
前記レンズユニットは、前記基板から立設または基板が取り付けられる筐体に保持され、前記押さえ部材は、光侵入側の面を前記筐体に位置決めされた前記透光性部材を押さえる構造を持つことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した撮像モジュール。
【請求項７】
前記押さえ部材の基板方向への押圧で前記テーパー面により外側に押圧された密着部材がテーパー面を押す力をＰ、密着部材が基板を押圧する力をＦ、テーパー面の光軸に対する角度をα、前記テーパー面に垂直な方向の摩擦力の摩擦係数をμとしたとき、ρを摩擦角としてμ＝ｔａｎρとし、前記密着部材が基板を押圧する力Ｆを定め、下記（１）式における前記テーパー面の角度αを決定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した撮像モジュール。
Ｆ＝Ｐ×ｔａｎ（ρ＋α）  ………………（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像モジュールに関し、特に、撮像モジュールを構成する基板に実装された撮像素子を囲繞し、ゴミやガスが撮像素子側に進入するのを阻止する密着部材が押さえ部材で押圧され、実装基板を変形させて破損、剥離を生じさせることを防ぐ構造を有した撮像モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラ、及びバーコードや各種符合の読み取り機などに用いられる撮像モジュールには、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｅｒ）を用いた固体撮像素子が用いられているが、こういった固体撮像素子は一般的に基板上に実装され、撮像素子の受光面側にゴミやほこりが付着しないよう、周囲を遮光壁で囲繞してフィルタや保護用ガラスで蓋をするようにして組み立てられる。
【０００３】
この組み立て状態の一例を示したのが図３である。図中１０は撮像モジュールで、この撮像モジュール１０は、被写体像を撮像素子１６に結像させるためのレンズユニット１１、そのレンズユニット１１を保持するために基板１７に立設、もしくは撮像モジュール１０を取り付けた機器に組み込まれて基板１７が取り付けられる筐体１２、撮像素子１６における受光面側に塵やゴミが付着しないよう保護するため、ガラスやフィルタそして場合によってはレンズなどで構成した透光性部材１３、撮像素子１６を囲繞すると共に、密着部材保持部１８１に弾性体で構成された密着部材１５が配され、この密着部材１５により透光性部材１３を、筐体１２に設けられた透光性部材保持部に押しつける押さえ部材１８などからなっている。
【０００４】
しかしながらこの撮像モジュール１０の構成部材のうち、弾性体で構成された密着部材１５は、ナイロン樹脂やシリコン樹脂を用いるとアウトガスによって透光性部材１３に曇りが発生し、画像品質を損ねる場合がある。そのため、アウトガスとゴミを防ぐことを目的に、フッ素系のゴムやＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）で形成されたＯリングなどを用いているが、これらのゴムは比較的硬度が大きい。
【０００５】
また、安価な断面円形のＯリングを用いた場合、累積された機械公差によりＯリングが圧縮される量がバラつき、公差管理が困難になって例えば図４（Ａ）に例を示したように、押さえ部材４１と基板４０との間隔が大きくなると、押さえ部材４１の保持部４１１に保持した密着部材４２が基板４０を押圧したとき、図４（Ｂ）に示したように密着部材４２が大きく圧縮され、押圧量が大きくなって基板４０が変形し、実装した撮像素子１６などを破損したり剥離が生じる場合がある。
【０００６】
一方、Ｏリングの断面形状を図５（Ａ）、（Ｂ）に示したように、負荷を抑えるような断面形状とすると金型費製作費が発生し、汎用的に入手可能な部品に比べると高価となってしまう。
【０００７】
こういった問題に対しては例えば特許文献１に、断面が三つ又状に形成されて先端に弧状部を持ち、うち２つが蟻溝に挿入されて固定され、残りの１つが対向面に押圧されて低荷重で良好な密封性能を発揮する低荷重シールが示されている。また、特許文献２には、ガスケット装着溝にガスケットを装着し、ガスケットが対向面に押圧されて密封構造を実現する際、装着溝への対象物の侵入を防止するためのシール部を備えた形状のガスケットが示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３５６２６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１７２４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら前記特許文献１、特許文献２に示された技術では、シール材もしくはガスケットの形状が複雑でコストが割高となったり、組み込みに際して溝部に正確に嵌め込んでいく必要があり、それだけ工数がかかって高価となる。
【００１０】
そのため本発明においては、Ｏリングなどの安価な部品を用いて撮像素子上へのゴミ侵入を防止し、かつ、撮像素子実装基板への負荷低減と溝部への嵌め込み等の手間を不要として、コスト削減を実現したカメラモジュールを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明になる撮像モジュールは、
基板上に配された撮像素子と、撮像用レンズで構成されたレンズユニットと、光侵入側の面にガラスまたは光学フィルタ、もしくはレンズなどの透光性部材を有して前記撮像素子を囲繞した押さえ部材と、前記基板と前記押さえ部材との間に密着して気密状態を形成する弾性を有した密着部材と、を備え、
前記押さえ部材の前記密着部材と接する面に、前記基板から遠くなるに従って前記密着部材を外側に押圧する方向に傾いたテーパー面が形成され、該テーパー面による前記密着部材の基板方向への押圧により密着性を確保することを特徴とする。
【００１２】
このように押さえ部材を基板側に押圧したとき、テーパー面で密着部材を押圧するようにすることで押さえ部材による押圧力は、密着部材を基板側に押しつける方向の力と外側に広げる方向の力とに分散され、例えフッ素系ゴムやＥＰＤＭのように比較的硬度が大きい材料を用いても、基板に大きな力が加わって基板が変形したり、実装した撮像素子を破損したり剥離させたりするということが防止され、好適な力で撮像素子周囲を密閉することができる撮像モジュールとすることができる。
【００１３】
そして、前記押さえ部材の基板に面する側の開口部、および前記密着部材は環状であり、前記密着部材の断面は、略円形状であること、前記密着部材は遮光性を有する部材で構成されていること、前記密着部材はアウトガスの少ない部材で形成されていること、前記レンズユニットは、前記基板から立設または基板が取り付けられる筐体に保持され、前記押さえ部材は、光侵入側の面を前記筐体に位置決めされた前記透光性部材を押さえる構造を持つことが、本発明の好適な実施形態である。
【００１４】
また、前記押さえ部材の基板方向への押圧で前記テーパー面により外側に押圧された密着部材がテーパー面を押す力をＰ、密着部材が基板を押圧する力をＦ、テーパー面の光軸に対する角度をα、前記テーパー面に垂直な方向の摩擦力の摩擦係数をμとしたとき、ρを摩擦角としてμ＝ｔａｎρとし、前記密着部材が基板を押圧する力Ｆを定め、下記（１）式における前記テーパー面の角度αを決定することで、機械的な公差を考慮し、基板を押圧する最適な力となるテーパーの角度を決定することができる。
Ｆ＝Ｐ×ｔａｎ（ρ＋α）  ………………（１）
【発明の効果】
【００１５】
以上記載のごとく本発明になる撮像モジュールは、テーパー面で密着部材を押圧することで、押圧力は密着部材を基板側に押しつける方向の力と外側に広げる方向の力に分散され、最適な力で基板を押圧して密着性を確保し、しかも、密着部材の断面形状をこういった部材における最も安価な断面円形のものを使うことが可能となるから、コストを抑えることができる撮像モジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の形状等は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明になる撮像モジュールの構成概略断面図である。図中、前記図３で説明したのと同一の構成要素には同一番号が付してあるが、簡単に説明すると、１０は撮像モジュール、１１はレンズユニット、１２は筐体、１３は透光性部材、１４は押さえ部材、１５は密着部材、１６は撮像素子、１７は基板である。
【００１８】
この本発明になる撮像モジュール１０は、被写体像を撮像素子１６に結像させるためのレンズユニット１１、そのレンズユニット１１を保持するために基板１７に立設、もしくは撮像モジュール１０を取り付けた機器に組み込まれて基板１７が取り付けられる筐体１２、撮像素子１６における受光面側に塵やゴミが付着しないよう保護するため、ガラスやフィルタ、そして場合によってはレンズなどで構成した透光性部材１３などで構成されている。そして透光性部材１３を筐体１２に設けられた透光性部材保持部に押しつけると共に、基板１７側を気密状態とする押さえ部材１４には、遮光性を有する部材で撮像素子１６を囲繞し、アウトガスとゴミを防ぐため、フッ素系のゴムやＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）で形成された断面円形のＯリングなどの弾性体で構成された密着部材１５が配されて、撮像素子１６から遠くなるに従い、密着部材１５を外側に押圧する方向に傾いたテーパー面が形成された密着部材保持部１４１が設けられている。
【００１９】
レンズユニット１１は、一例として複数のレンズを収容して筐体１２に取り付けらた場合を図示したが、単レンズなどで構成しても良いことは勿論であり、用途に応じてズームレンズとしたり、焦点調節機構などを備えても良い。筐体１２はレンズユニット１１を保持する関係上強度が必要であり、例えばガラスフィラーが入ったポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックなどで構成する。それに対して押さえ部材１４は、ガラスフィラー入りのプラスチックを用いると、ガラスフィラーが脱落してゴミとなる可能性があり、それが撮像素子１６の表面や透光性部材１３に付着すると画像欠陥を生じるから、こういったゴミとなる可能性のあるものを含まないプラスチックなどで構成することが望ましい。
【００２０】
この筐体１２には、前記したようにレンズユニット１１を保持するために基板１７に立設、もしくは撮像モジュール１０を取り付けた機器に組み込まれて基板１７が取り付けられるようになっており、透光性部材の保持部は透光性部材１３の形状に合わせ、例えば透光性部材１３が円形の場合は円形に、方形の場合は方形に、透光性部材１３の周囲を等しく支えるように形成されている。またそのレンズ光軸方向高さは、透光性部材１３と略同一とされ、押さえ部材１４により透光性部材１３が押圧されたとき、透光性部材１３がガタ付かずに固定される高さとなっている。
【００２１】
押さえ部材１４は、密着部材１５により得られる押圧力で透光性部材１３を押圧固定する機能、撮像素子１６を囲繞して余計な光が撮像素子１６に入らないようにする遮光機能、さらに、密着部材１５の弾性力で筐体１２に設けられた透光性部材保持部方向に押しつけられることで、基板１７と微少間隔離間し、それによって撮像モジュールを組み込んだ機器が落下したりして基板１７に衝撃が加わったとき、その衝撃が透光性部材１３に伝わらないようにし、併せて、基板１７と微少間隔の離間で一定以上の大きさのゴミが、撮像素子１６の受光面が存在する空間側に入らないようにする機能などを有している。
【００２２】
密着部材１５は、前記したように透光性部材１３の固定に接着剤などを使用した場合、生じたガスが透光性部材１３や撮像素子１６の表面に付着したり、落下した場合の衝撃が直接透光性部材１３に伝わるのを避けるため、接着剤を使わずに透光性部材１３を押さえ部材１４で押圧するためのもので、前記したように筐体１２における透光性部材保持部方向に押しつけて固定する機能と、透光性部材１３、押さえ部材１４、撮像素子１６を配した基板１７で構成される空間にゴミが入り込んで画像欠陥が生じるのを防ぐ機能、及び撮像モジュールを組み込んだ機器が落下し、基板１７に衝撃が加わったときにその衝撃を吸収し、透光性部材１３が割れたりすることがないようにする機能などを有する。
【００２３】
そのためこの密着部材１５は、この密着部材１５を密着部材保持部１４１に装着して撮像モジュール１０を組み立てたとき、適度な力で押さえ部材１４を透光性部材１３側に押圧するよう、その直径が密着部材保持部１４１と基板１７との間隔より大きなものを用いている。
【００２４】
そして本発明においては、Ｏリングなどで構成された密着部材１５が、累積された機械公差によって押さえ部材１４が大きな押圧力で押されることになり、前記図４で説明したように大きく圧縮されて基板１７が変形し、実装した撮像素子１６などを破損したり剥離が生じるのを防止するため、押さえ部材１４における密着部材１５を保持する密着部材保持部１４１を、撮像素子１６から遠くなるに従って密着部材１５を外側に押圧する方向に傾いたテーパー面としたものである。
【００２５】
即ち図２（Ａ）に示したように、密着部材２２を基板２０方向に押圧する押さえ部材２１が累積された機械公差によって基板２０と大きく離間したとき、図４のようにテーパーが無い場合は密着部材２２が大きく圧縮されるのに対し、図２（Ｂ）に示したように密着部材保持部２１１にテーパーが存在することで、押さえ部材２１の基板２０方向の押圧力を、基板２０側に押しつける方向の力と外側に広げる方向の力とに分散させることができ、基板２０方向の力はその分小さくなって、基板２０が変形したり、実装した撮像素子１６などが破損や剥離するといった事故を起こすことが防止できる。
【００２６】
図２（Ｃ）は、その場合の基板２０にかかる力を算出するための図であり、今、密着部材２２の伸縮によって発生する力をＰ、光軸方向に発生する力をＦとし、テーパー面の光軸に対する角度をα、前記テーパー面に垂直な方向の摩擦力の摩擦係数μ、摩擦角ρとすると、まずＰは押さえ部材のテーパー面によって径を広げられた密着部材２２が元に戻ろうとする力であり、Ｆはそれがテーパー面を光軸方向に押す力で、この反作用による力が基板を押圧する力となる。これらをテーパー面に垂直方向の力と平行方向の力とに分けるとＰによる垂直方向の分力は
Ｐ×ｃｏｓα  …………………（１）
Ｆによる垂直方向の分力は
Ｆ×ｓｉｎα  …………………（２）
となり、垂直方向の力は
垂直力＝Ｐ×ｃｏｓα＋Ｆ×ｓｉｎα  …………………（３）
となる。同様にして、平行方向の力は
平行力＝Ｆ×ｃｏｓα−Ｐ×ｓｉｎα  …………………（４）
となる。
【００２７】
この垂直方向の力によって、斜面と平行に摩擦力が働くが、この力が上記平行方向の力（４）とつり合うとすれば、摩擦係数をμすると
Ｆ×ｃｏｓα−Ｐ×ｓｉｎα＝μ×（Ｐ×ｃｏｓα＋Ｆ×ｓｉｎα）……（５）
となるから、これらの式を整理し、
Ｆ×（ｃｏｓα−μｓｉｎα）＝Ｐ×（μ×ｃｏｓα＋ｓｉｎα）
Ｆ＝Ｐ×（μ×ｃｏｓα＋ｓｉｎα）／（ｃｏｓα−μｓｉｎα）
摩擦角をρとすると
μ＝ｔａｎρ  ……………………（６）
であるから
Ｆ＝Ｐ×（ｔａｎρ×ｃｏｓα＋ｓｉｎα）／（ｃｏｓα−ｔａｎρ×ｓｉｎα）
＝Ｐ×（ｔａｎρ＋ｔａｎα）／（１−ｔａｎρ×ｔａｎα）
Ｆ＝Ｐ×ｔａｎ（ρ＋α）  ……（７）
となる。
【００２８】
従って、基板２０を押圧する力Ｆを決め、その力Ｆを得るための角度αを算出すれば、最適な押圧力が得られるテーパー角度が得られることになる。しかし、ＰとＦの関係において、αを大きくすればＦは大きくなることになるが、現実には線径の公差により環径の伸張量に影響を受けるためにＰの変動が大きくなる。逆にαを小さくすると環径の公差バラツキの影響が大きくなるため、得られる基板２０を押圧する力Ｆの変動になる。ただし、環径方向ではある程度伸張させて使用することで公差の影響は少なくなる。
【００２９】
この状況から考えるとαは４５°近傍が好ましく、基板２０を押圧する力Ｆに応じてαを小さくする方向で調整することが望ましいと考えられる。（摩擦係数については弾性体及び当接する部品の材質と面精度（仕上げ具合）により大きく変動するため、考慮していない。）ここで得たい基板２０を押圧する力Ｆは、フィルターの重量Ｍ１とフィルターを押える部材の重量Ｍ２および基板の変形（撓み）に与える力から決定すればよい。
【００３０】
以上種々述べてきたように本発明になる撮像モジュールは基板が変形したり、実装した撮像素子を破損したり剥離させたりするということを防止して、撮像素子の周囲を好適な力で密着することができる撮像モジュールとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、簡単な構成で基板を破損したりすることなく撮像素子を気密状態におくことができるから、撮像モジュールの高品質化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明になる撮像モジュールの構成概略断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、撮像モジュールにおける基板上の撮像素子にゴミやほこりが付着しないよう、周囲を囲繞する密着部材の押圧力が基板を破損しないように適切な値とする方法説明するための図で、（Ｃ）は押圧力Ｆを適切にするテーパー部の角度を算出する式を導くための図である。
【図３】従来の撮像モジュールの構成概略断面図である。
【図４】従来の撮像モジュールにおける密着部材の押圧力が大きくなる理由を説明するための図である。
【図５】適切な押圧力が得られるような密着部材の形状の図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  撮像モジュール
１１  レンズユニット
１２  筐体
１３  透光性部材
１４  押さえ部材
１４１  密着部材保持部
１５  密着部材
１６  撮像素子
１７  基板
【図２】
2009201079.tif 000003
【図４】
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【図１】
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【図３】
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【図５】
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