JP2005164955A - 撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法及び撮像デバイス保持機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材とからなる撮像デバイス、その製造方法及びその製造に用いられる撮像デバイス保持機構に関し、良好な画像が得られる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法、及び撮像デバイス保持機構を提供することを課題とする。
【解決手段】 鏡筒部材５３とレンズ部材６１とは、レーザによる溶着で固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材とからなる撮像デバイス、その製造方法及びその製造に用いられる撮像デバイス保持機構に関する。

高機能化と共に小型化が進むデジタル機器では画像記録機能の利用が増加しており、これに伴い小型のカメラ部品である撮像デバイスを機器内に組み込むことが増加している。

撮像デバイスとして、例えば、図９に示す構成のものがある。（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は分解斜視図である。（ａ）図、（ｂ）図において、ベース１には、筒状の樹脂の鏡筒部材３が設けられ、鏡筒部材３の内部のベース１上には、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサ等の撮像素子７が設けられている。更に、鏡筒部材３の内周面には、めねじ９が形成されている。

鏡筒部材３の内筒部には樹脂のレンズ部材１１が配置される。レンズ部材１１の内部には、撮像素子７に被写体からの光を集光する集光レンズ（図示せず）が設けられている。更に、レンズ部材１１の下部の外周面には、鏡筒部材３のめねじ９に螺合可能なおねじ１３が形成されている。

このような構成の撮像デバイスの組み付けは、まず、レンズ部材１１を鏡筒３の内筒部に挿入し、レンズ部材１１を回転させ、レンズ部材１１を鏡筒部材３の軸方向に移動させることにより、焦点合わせを行なう。焦点合わせを行った後に、接着剤で鏡筒部材３とレンズ部材１１とを接着し、集光レンズの固定を行う。

又、焦点合わせをレンズ部材１１以外のレンズで行なう場合は、次にような方法も提案されている。例えば、図９において、めねじ９がない金属製の鏡筒部材３、おねじ１３がない金属性のレンズ部材１１を用い、レンズ部材１１を鏡筒部材３の内筒部に挿入し、レンズ部材１１と鏡筒部材３とをカシメによって固定する（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−１８１０４３号公報（第３頁、図２、図３参照）

接着によってレンズ部材１１と鏡筒部材３とを固定する方法では、以下のような問題点がある。
（１）焦点合わせ作業後に接着剤の塗布を行い、その後完全に硬化するまでに数十分から数時間程度の時間、高温環境や紫外線環境に放置する必要があるので、接着剤の収縮によりレンズ部材１１と鏡筒部材３との相対位置関係にズレが生じて焦点が狂ってしまう。
（２）レンズ部材１１や鏡筒部材３の成形時に部材内部に残った残留応力の開放（アニール効果）により部材全体の変形が生じ画像に歪みが生ずる。
（３）画像不良が生じた場合には、レンズ部材１１と鏡筒部材３を一旦取り外し、再度焦点合わせを行った後で接着を行うという補修方法が取られている。この方法では、鏡筒部材３からのレンズ部材１１の取り外し（以下、リワークという）た後に、レンズ部材１１や鏡筒部材３の表面に母材と異なる材料である接着剤が残留し、再接着した時に、接着不良を起こす場合がある。

次に、カシメによって、レンズ部材１１と鏡筒部材３とを固定する方法では、以下のような問題点がある。
（１）カシメの際に大きな力がレンズに作用するので、レンズが変形したり、破損したりする。
（２）焦点合わせを行なう別のレンズが必要となり、コストが高くなる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その第１の課題は、良好な画像が得られる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法、及び撮像デバイス保持機構を提供することにある。

第２の課題は、短時間で製造できる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法、及び撮像デバイス保持機構を提供することにある。

第３の課題は、リワークしても、確実に組付けができる撮像デバイス、撮像デバイスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に係る発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる鏡筒部材と、からなる撮像デバイスにおいて、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることを特徴とする撮像デバイスである。

請求項２に係る発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる鏡筒部材と、からなる撮像デバイスの製造方法において、前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なう工程と、 焦点合わせを行った後、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて１ポイント溶着する工程ととを有することを特徴とする撮像デバイスの製造方法である。

請求項３に係る発明は、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止するようにしたことを有することを特徴とする請求項２記載の撮像デバイスの製造方法である。

請求項４に係る発明は、撮像素子が設けられたベースと、内筒部に集光レンズを保持する円筒状のレンズ部材と、内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる鏡筒部材と、からなる撮像デバイスを製造する際に用いる撮像デバイス保持機構において、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第１クランプ、第２クランプからなり、前記第１クランプ、第２クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、熱伝導率が他方のクランプよりよく、前記鏡筒部材の周面に面接触することを特徴とする撮像デバイス保持機構である。

請求項１〜請求項３に係る発明によれば、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることにより、レーザ光の高ピークパワー特性を生かして、レーザ照射部周囲の変形が少ない接合が可能であり、レンズ部材や鏡筒部材の変形が少なく、歪みのない良好な画像が得られる。

又、レーザによる溶着なので、短時間で製造できる。更に、リワークする際に、１ポイントの溶着とすると、取り外しが容易である。又、リワークの際、溶着部に母材と異なる材料が介在しないので、確実に組付けができる。

請求項２に係る発明によれば、 前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なった後に、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて１ポイント溶着するので、常に安定した画像を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止することにより、樹脂のレンズ部材や鏡筒部材が炭化等の材質変化することを防止できる。

請求項４に係る発明によれば、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第１クランプ、第２クランプからなり、前記第１クランプ、第２クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、前記鏡筒部材の周面に面接触することにより、溶着によって発生する熱がレーザ溶着箇所側のクランプに伝熱され、過溶着による鏡筒部材と前記レンズ部材の変形を防止でき、良好な画像を得ることができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（撮像デバイス）
最初に、本形態例の撮像デバイス５０の説明を行なう。図１は形態例の撮像デバイスを示す図で、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は分解斜視図、図２は図１の切断線Ａ−Ａでの断面構成図である。

これらの図において、ベース５１には、筒状の樹脂の鏡筒部材５３が設けられ、鏡筒部材５３の内部のベース５１上には、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサ等の撮像素子５７が設けられている。更に、鏡筒部材５３の内周面には、めねじ５９が形成されている。

鏡筒部材５３の内筒部には樹脂のレンズ部材６１が配置される。レンズ部材６１の内部には、撮像素子５７に被写体からの光を集光する集光レンズ５９が設けられている。更に、レンズ部材６１の下部の外周面には、鏡筒部材５３のめねじ５９に螺合可能なおねじ６３が形成されている。

このような構成の撮像デバイス５０では、レンズ部材６１を鏡筒部材５３の内筒部に挿入し、レンズ部材６１を回転させ、レンズ部材６１を鏡筒部材５３の軸方向に移動させることにより、焦点合わせが可能となっている。

そして、鏡筒部材５３とレンズ部材６１とは、レーザによる溶着で固定されている。鏡筒部材５３とレンズ部材６１のとの境界には、レーザ照射によって形成された１ポイントの溶着点６５が形成されている。

（製造装置）
次に、図１、図２に示す構成の撮像デバイスの製造方法を説明する。まず、図３〜図５を用いて製造の際に用いる装置の説明を行う。図３は製造装置の全体構成図、図４は図３の撮像デバイス保持機構部の拡大図、図５は図３のレーザ照射機構部の拡大図である。

図３において、共通ベース１０１上に、撮像デバイス保持機構部１０３と、焦点合わせ機構部１０５と、レーザ照射機構部１０７が設けられている。更に、撮像デバイス保持機構部１０３の上方には、下面に焦点合わせに用いられるテストパターンが記載されたボード１０９が設けられている。

次に、図４を用いて撮像デバイス保持機構部１０３の説明を行う。撮像デバイス保持機構部１０３は、撮像デバイス５０の鏡筒部材５３の周面に当接して、鏡筒部材５３を挟持する第１クランプ１１１と、第２クランプ１１３とを有している。本形態例では、第１クランプ１１１は固定され、第２クランプ１１３はエアシリンダ１１５により、第１クランプ１１１に接近／離反可能となっている。第１クランプ１１１には、撮像デバイス５０の鏡筒部材５３の周面に面接触可能な円弧状の溝１１１ａが形成され、第２クランプ１１３には、撮像デバイス５０の鏡筒部材５３の周面に２点で接触可能な略Ｖ字形の溝１１３ａが形成されている。そして、本形態例では、第１クランプ１１１、第２クランプ１１３の材質は、熱伝導率のよりアルミニウムとした。更に、第１クランプ１１１には、溶着時のレーザ照射部近傍の温度（鏡筒部材５３の周面の温度）を測定する温度センサ１１７が設けられている。

次に、図５を用いてレーザ照射機構部１０７の説明を行う。レーザ発振器１２１で発生したレーザは、照射ユニット１２３から出射される。照射ユニット１２３は垂直方向に設けられたサブベース１２５上を移動可能に設けられている。更に、サブベース１２５は、図３に示すエアシリンダ１２７により、撮像デバイス保持機構部１０３に対して接近／離反可能となっている。

次に、図３に戻って焦点合わせ機構部１０５の説明を行う。焦点合わせ機構部１０５には、撮像デバイス５０のレンズ部材６１に係脱可能で、係合時にレンズ部材６１を回転させるクランプ１３１を有している。このクランプ１３１はエアシリンダ１３３で撮像デバイス保持機構部１０３に保持された撮像デバイス５０に対して接近／離反可能となっている。

次に、図６を用いて、製造装置の電気的構成を説明する。図において、１５１は、温度センサ１１７の温度情報、撮像デバイス５０の撮像素子５７からの画像データを取り込んで、レーザ照射機構部１０７、焦点合わせ機構部１０５、撮像デバイス保持機構部１０３の作動を制御する制御部である。この制御部１５１は、図３、図５の制御ユニット１５３内に設けられている。

次に、製造フローを示す図７を用いて、組立工程を説明する。最初に、組み付けられたベース５１、撮像素子５７、鏡筒部材５３からなるアッセンブリを撮像デバイス保持機構部１０３の第１クランプ１１１、第２クランプ１１３で把持して、セットする（ステップ１）。この時、制御部１５１は、撮像素子５７の電極からボード１０９のテストパターンの画像データを取り込み可能となる。

次に、集光レンズ５９が組み付けられたレンズ部材６１を焦点合わせ機構部１０５のクランプ１３１にセットする。レンズ部材６１がセットされると、制御部１５１は焦点合わせ機構部１０５のエアシリンダ１３３を駆動して、クランプ１３１を撮像デバイス保持機構部１０３にセットされたベース５１、撮像素子５７、鏡筒部材５３からなるアッセンブリ上に移動させる（ステップ２）。

次に、制御部１５１は焦点合わせ機構部１０５のクランプ１３１を回転させ、レンズ部材６１を鏡筒部材５３に螺合させ、レンズ部材６１を鏡筒部材５３の軸方向に移動させる（ステップ３）。制御部１５１は、撮像素子５７からのテストパターンの画像データから、焦点合わせを行う。焦点があったならば（ステップ４）、制御部１５１は、レーザ照射機構部１０７のエアシリンダ１２７を駆動してレーザ照射機構部１０７の照射ユニット１２３を撮像デバイス保持機構１０３に保持された撮像デバイス５０上に移動させ、レーザを照射して、鏡筒部材５３とレンズ部材６１との境界に１ポイント照射して、両者を固定する（ステップ５）。尚、ステップ５において、制御部１５１は温度センサ１１７で、溶着時のレーザ照射部近傍の温度を監視し、設定温度以上になると、レーザ照射を停止するようにしている。又、本形態例では、第１クランプ１１１側にレーザを照射した。

次に、制御部１５１は撮像素子５７からのテストパターン画像データから、焦点がずれていないかを見る（ステップ６）。焦点がずれている場合、不良品なので、鏡筒部材５３とレンズ部材６１とを取り外して（ステップ９）、ステップ１に戻る。

ステップ６で、不良品でない場合、製造する撮像デバイス５０が気密封止仕様又は強い溶着強度を要求される仕様でないならば（ステップ７）、組立を終了する。製造する撮像デバイス５０が気密封止仕様又は強い溶着強度を要求される仕様ならば、制御部１５１は、レーザ照射機構部１０７を駆動して、鏡筒部材５３とレンズ部材６１との境界にレーザを多ポイント照射し（ステップ８）、組立を終了する。尚、ステップ８においても、制御部１５１は温度センサ１１７で、溶着時のレーザ照射部近傍の温度を監視し、設定温度以上になると、レーザ照射を停止するようにしている。

本形態例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）鏡筒部材５３とレンズ部材６１とは、レーザによる溶着で固定されていることにより、レーザ光の高ピークパワー特性を生かして、レーザ照射部周囲の変形が少ない接合が可能であり、レンズ部材６１や鏡筒部材５３の変形が少なく、歪みのない良好な画像が得られる。
（２）レーザによる溶着なので、短時間で組立ができる。
（３）レーザによる溶着なので、リワークする際に、溶着部に母材と異なる材料が介在しないので、確実に組付けができる
（４）焦点合わせを行なった後に、鏡筒部材５３とレンズ部材６１とをレーザを用いて１ポイント溶着するので、常に安定した画像を得ることができる。
（４）レーザを用いて溶着する工程の際に、レーザの照射部分の温度により、レーザの照射を停止することにより、樹脂のレンズ部材６１や鏡筒部材５３が炭化等の材質変化することを防止できる。
（５）第１クランプ１１１、第２クランプ１１３は熱伝導率のよいアルミニウムでなることにより、溶着によって発生する熱がクランプにすばやく伝熱され、過溶着による鏡筒部材５３とレンズ部材６１の変形を防止でき、良好な画像を得ることができる。
（６）第１クランプ１１１は、鏡筒部材５３の周面に面接触することにより、溶着によって発生する熱がレーザ溶着箇所側のクランプに伝熱され、過溶着による鏡筒部材５３とレンズ部材６１の変形を防止でき、良好な画像を得ることができる。
（７）温度センサ１１７で、溶着時のレーザ照射部近傍の温度を監視し、設定温度以上になると、レーザ照射を停止するようにしたことにより、樹脂でなる鏡筒部材５３とレンズ部材６１とが炭化等の材質変化を防止できる。

尚、本発明は、上記形態例に限定するものではない。上記形態例では、第１クランプ１１１に設けられる温度センサ１１７はレーザ照射部近傍の温度（鏡筒部材５３の周面の温度）を検出するようにしたが、図８に示すように、特定の波長領域の光のみを反射し、残りの波長領域の光を透過するダイクロイックミラー２１５を用いれば、温度センサ２１７は溶着部の温度を測定することができる。２１３はレーザ光を集光するレンズである。

（付記１）
撮像素子が設けられたベースと、
内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
からなる撮像デバイスにおいて、
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることを特徴とする撮像デバイス。

（付記２）
前記鏡胴部材と前記レンズ部材とは、多ポイントで溶着されていることを特徴とする付記１記載の撮像デバイス。

（付記３）
撮像素子が設けられたベースと、
内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
からなる撮像デバイスの製造方法において、
前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なう工程と、
焦点合わせを行った後、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて１ポイント溶着する工程と、
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程と、
を有することを特徴とする撮像デバイスの製造方法。

（付記４）
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、
前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止することを特徴とする付記３記載の撮像デバイスの製造方法。

（付記５）
撮像素子が設けられたベースと、
内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
からなる撮像デバイスを製造する際に用いる撮像デバイス保持機構において、
前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、
前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第１クランプ、第２クランプからなり、
前記第１クランプ、第２クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、前記鏡筒部材の周面に面接触することを特徴とする撮像デバイス保持機構。

（付記６）
前記第１クランプ、第２クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、高熱伝導率材でなることを特徴とする付記５記載の撮像デバイス保持機構。

形態例の撮像デバイスを示す図で、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は分解斜視図である。 図１の切断線Ａ−Ａでの断面構成図である 製造装置の全体構成図である。 図３の撮像デバイス保持機構部の拡大図である。 図３のレーザ照射機構部の拡大図である。 図３の製造装置の電気的構成を説明するブロック図である。 製造フローを示す図である。 他の形態例を説明する図である。 従来の撮像デバイスを説明する図である。

符号の説明

５１ ベース
５７ 撮像素子
５３ 鏡筒部材
６１ レンズ部材

Claims (4)

1. 撮像素子が設けられたベースと、
   内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
   内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
   からなる撮像デバイスにおいて、
   前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザによる溶着で固定されていることを特徴とする撮像デバイス。
2. 撮像素子が設けられたベースと、
   内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
   内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
   からなる撮像デバイスの製造方法において、
   前記レンズ部材を前記鏡筒部材の軸方向に移動して、焦点合わせを行なう工程と、
   焦点合わせを行った後、前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて１ポイント溶着する工程と、
   を有することを特徴とする撮像デバイスの製造方法。
3. 前記鏡筒部材と前記レンズ部材とをレーザを用いて溶着する工程の際に、
   前記レーザの照射部分の温度により、前記レーザの照射を停止するようにしたことを有することを特徴とする請求項２記載の撮像デバイスの製造方法。
4. 撮像素子が設けられたベースと、
   内筒部に集光レンズを保持する円筒状の樹脂のレンズ部材と、
   内筒部に前記レンズ部材が軸方向に移動可能に係合し、前記撮像素子上に設けられる樹脂の鏡筒部材と、
   からなる撮像デバイスを製造する際に用いる撮像デバイス保持機構において、
   前記鏡筒部材と前記レンズ部材とは、レーザを用いて溶着され、
   前記鏡筒部材の周面に当接し、前記鏡筒部材を挟持する第１クランプ、第２クランプからなり、
   前記第１クランプ、第２クランプのうち、前記レーザ溶着箇所側のクランプは、前記鏡筒部材の周面に面接触することを特徴とする撮像デバイス保持機構。

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