特開 2024-114131 カメラモジュール、その製造方法および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024114131

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】カメラモジュール、その製造方法および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/52 20230101AFI20240816BHJP

【ＦＩ】

H04N23/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019664

(22)【出願日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】000228578

【氏名又は名称】日本ケミコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083725

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100140349

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 継立

(74)【代理人】

【識別番号】100153305

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 卓弥

(74)【代理人】

【識別番号】100206933

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】田巻 克弥

(72)【発明者】

【氏名】小宮 正浩

(72)【発明者】

【氏名】柴田 尚久

【テーマコード（参考）】

5C122

【Ｆターム（参考）】

5C122DA13

5C122EA03

5C122FA17

5C122FC06

5C122GE06

5C122GE11

5C122GE17

5C122GE18

5C122GG05

5C122GG06

5C122HB02

(57)【要約】

【課題】光源の熱でＴｏＦセンサを保温することにより、カメラモジュールの動作温度の範囲を拡大する。
【解決手段】光源（１４）と、光源（１４）から光を受ける被写体からの反射光を検出するＴｏＦセンサ（１０）と、光源（１４）の熱（Ｈ）をＴｏＦセンサ（１０）に伝導させる熱伝導部材（レンズホルダ６）とを含み、ＴｏＦセンサ（１０）を光源（１４）からの熱（Ｈ）で加熱させる。熱伝導部材が、ＴｏＦセンサを包囲する第１包囲壁と、光源から熱を受ける受熱部とを含み、熱をＴｏＦセンサに伝導させる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から光を受ける被写体からの反射光を検出するＴｏＦセンサと、
前記光源の熱を前記ＴｏＦセンサに伝導させる熱伝導部材と、
を含む、カメラモジュール。

【請求項2】

前記熱伝導部材は、前記ＴｏＦセンサを包囲する第１包囲壁と、前記光源から熱を受ける受熱部とを含み、前記熱を前記ＴｏＦセンサに伝導させる、請求項１に記載のカメラモジュール。

【請求項3】

前記熱伝導部材は、第１包囲壁に隣接しセンサ回路を包囲する第２包囲壁を含む、請求項１または請求項２に記載のカメラモジュール。

【請求項4】

前記熱伝導部材とともに放熱板を含み、前記熱伝導部材と前記放熱板との間に前記ＴｏＦセンサが配置され、前記光源の熱が前記熱伝導部材を通して前記ＴｏＦセンサに伝導し前記放熱板で放熱される、請求項１または請求項２に記載のカメラモジュール。

【請求項5】

前記熱伝導部材は、第１包囲壁を含む第１保温室を含み、この第１保温室の近傍に前記光源が配置されている、請求項１または請求項２に記載のカメラモジュール。

【請求項6】

前記第１保温室は、該第１保温室を封止する封止部材にレンズユニットを含む、請求項５に記載のカメラモジュール。

【請求項7】

ＴｏＦセンサを包囲する第１包囲壁と、光源の熱を受ける受熱部とを含む熱伝導部材を形成する工程と、
前記第１包囲壁内に前記ＴｏＦセンサを位置付けして第１基板を配置し、または前記光源を含む第２基板を前記受熱部に配置する工程と、
を含む、カメラモジュールの製造方法。

【請求項8】

低温時、機能低下を来す第１の素子と、動作時、発熱する第２の素子とを併存させた電子機器であって、
前記第２の素子の熱を前記第１の素子側に伝導させて前記第１の素子を保温する熱伝導部材を含む、電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はたとえば、ＴｏＦ（Time of Flight）センサを含むカメラモジュールなどの電子機器およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

外気温などの影響を受ける電子機器では、その温度低下が正常動作を損なうことや、正常な動作確保のために保温することが既に知られている。

【0003】

斯かる電子機器に関し、基板上にヒートシンクを取り付け、ヒートシンクにヒータを設け、低温時でも確実な起動や安定した動作を可能にすることが開示されている（例えば、特許文献１）。

【0004】

カメラモジュールに関し、レンズホルダの外壁内部に伝熱線を配置し、カメラモジュール全体を加熱または保温することが開示されている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－１７０４８６号公報

【特許文献2】特開２０１１－６６５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＴｏＦセンサが搭載されるカメラモジュールは、ＴｏＦセンサの温度が動作可能範囲を下回ると、正常な動作が得られない。低温環境下にＴｏＦセンサを維持した撮像実験では、たとえば、１０〔℃〕程度の温度で取得画像に乱れを生じ、０〔℃〕以下では検出動作が不安定となり、さらに、－１０〔℃〕程度の低温下では平面状の被写体を撮像してもその被写体面に凹凸があるかのような画像崩れが生ずることが確認された。

【0007】

このように、カメラモジュールなど、電子機器の機能が正常に働く温度条件を充足していても、ＴｏＦセンサのセンサ機能が低温下での影響を受け、動作不良に陥る。つまり、電子機器が搭載されているセンサの温度特性に依存し、ＴｏＦセンサが低温下で影響を受ける場合には実用性が損なわれるという課題がある。

【0008】

本開示の発明者は、センサが正常に動作可能な温度範囲でカメラモジュールなどの電子機器の機能や用途が制限されないことが実用上不可欠であるとの知見を得た。

【0009】

そこで、本開示の第１の目的は、光源の熱を用いてＴｏＦセンサを保温することにより、カメラモジュールの動作温度の範囲を拡大することにある。

【0010】

また、本開示の第２の目的は、低温時、機能が低下する素子を動作時に発熱する熱により保温し、電子機器の動作温度の範囲を拡大することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

第１の目的を達成するため、本開示のカメラモジュールによれば、光源と、前記光源から光を受ける被写体からの反射光を検出するＴｏＦセンサと、前記光源の熱の伝導により前記ＴｏＦセンサを保温する熱伝導部材とを含む。

【0012】

このカメラモジュールにおいて、前記熱伝導部材に前記ＴｏＦセンサを包囲する第１包囲壁と、前記光源から熱を受ける受熱部とを含み、前記熱を前記ＴｏＦセンサに伝導させてもよい。

【0013】

このカメラモジュールにおいて、前記熱伝導部材の前記受熱部側にセンサ回路を包囲する第２包囲壁を含んでもよい。

【0014】

このカメラモジュールにおいて、前記熱伝導部材とともに放熱板を含み、前記熱伝導部材と前記放熱板との間に前記ＴｏＦセンサが配置され、前記光源の熱が前記熱伝導部材を通して前記ＴｏＦセンサに伝導し前記放熱板で放熱されてもよい。

【0015】

このカメラモジュールにおいて、前記熱伝導部材は、第１包囲壁を含む第１保温室を含み、この第１保温室の近傍に前記光源が配置されてもよい。

【0016】

このカメラモジュールにおいて、前記第１保温室は、該第１保温室を封止する封止部材にレンズユニットを含んでもよい。

【0017】

第１の目的を達成するため、本開示のカメラモジュールの製造方法によれば、ＴｏＦセンサを包囲する第１包囲壁と、光源の熱を受ける受熱部とを含む熱伝導部材を形成する工程と、前記第１包囲壁内に前記ＴｏＦセンサを位置付けして第１基板を配置し、または前記光源を含む第２基板を前記受熱部に配置する工程とを含む。

【0018】

第２の目的を達成するため、本開示の電子機器によれば、低温時、機能低下を来す第１の素子と、動作時、発熱する第２の素子とを併存させた電子機器であって、前記第２の素子の熱を前記第１の素子側に伝導させて前記第１の素子を保温する熱伝導部材を含む。

【発明の効果】

【0019】

本開示によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) 本開示のカメラモジュールによれば、光源の熱を熱伝導部材で伝導させてＴｏＦセンサを保温でき、ＴｏＦセンサの動作温度による誤動作やＴｏＦセンサの動作温度依存性を排し、カメラモジュールの動作温度の範囲を拡大できる。

【0020】

(2) 本開示のカメラモジュールの製造方法によれば、ＴｏＦセンサの動作温度で撮像機能が制限されないカメラモジュールを製造できる。

【0021】

(3) 本開示の電子機器によれば、低温下で動作不良を呈する第１の素子が第２の素子で得られる熱で保温できるので、第１の素子の動作温度による誤動作や受光素子の動作温度依存性を排することができ、電子機器の動作温度の範囲を拡大できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、一実施の形態に係るカメラモジュールを示す部分断面図である。

【図2】図２は、裏面側からレンズホルダを示す斜視図である。

【図3】図３は、光源の駆動パルスと発熱量の推移を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜一実施の形態＞
図１は、本開示の一実施の形態に係るカメラモジュール２の部分断面を示している。図１に示す構成は本開示の一例であり、本開示が斯かる構成に限定されるものではない。

【0024】

図１に示すカメラモジュール２は、本開示の電子機器の一例である。このカメラモジュール２には、第１基板４－１、第２基板４－２およびレンズホルダ６および放熱板８が含まれる。第１基板４－１、第２基板４－２および放熱板８は複数のねじなどの締結手段を用いてレンズホルダ６と一体に固定されている。

【0025】

第１基板４－１はセンサ基板の一例である。この第１基板４－１にはＴｏＦセンサ１０、マイクロコンピュータ（以下単に「マイコン」と称する）１２などが実装されている。ＴｏＦセンサ１０は、低温下で機能が低下する第１の素子の一例である。このＴｏＦセンサ１０は、図示しない被写体からの反射光を検出する機能を備えている。マイコン１２はカメラモジュール２の制御部の一例であり、この制御部による処理にはＴｏＦセンサ１０の検出出力から被写体を表す撮像を取得する画像処理を含む信号処理が含まれる。

【0026】

第２基板４－２はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振型面発光レーザー）基板の一例である。この第２基板４－２には光源１４および光源ドライバ１６などが実装されている。光源１４は動作時、発熱する第２の素子の一例である。この光源１４にはたとえば、垂直共振型面発光レーザーを発光するためのＶＣＳＥＬ素子が用いられている。光源ドライバ１６はたとえば、光源１４を駆動パルスによって駆動し、光源１４を点灯および消灯を任意の周期でパルス駆動により発光させる。この第２基板４－２は第１基板４－１と配線部材１８によって電気的に結線されている。

【0027】

レンズホルダ６は、本開示の熱伝導部材の一例である。この熱伝導部材には熱伝導性の良い金属材料としてたとえば、アルミニウム材、アルミニウムを含む合金材、硬質の樹脂材料などが用いられる。このレンズホルダ６には、本開示の場合、ＴｏＦセンサ１０や光源１４などの部品の位置精度を維持するための剛性に加え、熱伝導性が要求される。レンズホルダ６を軽量化することは好ましい。

【0028】

このレンズホルダ６にはホルダ部２０、基板搭載部２２および複数の立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ、２４Ｆ（図２）、２４Ｇ（図２）が含まれる。各立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ、２４Ｆ、２４Ｇはたとえば、同一高さまたはほぼ同一高さに設定される。

【0029】

ホルダ部２０は、レンズホルダ６の表裏間に貫通させた筒状部である。このホルダ部２０にはレンズユニット２６が摺動機構２８によって摺動可能に取り付けられている。この摺動機構２８はたとえば、ホルダ部２０側およびレンズユニット２６側のねじ部によって結合されている。レンズユニット２６は光学レンズ３０を含み、この光学レンズ３０によって被写体からの反射光を集光し、ＴｏＦセンサ１０の撮像面に被写体像を結像させる。この場合、ホルダ部２０の終端側に設置された光学フィルタ３２は反射光の光量や通過波長域の調整に用いられる。

【0030】

基板搭載部２２は、本開示の受熱部の一例である。この基板搭載部２２は、第２基板４－２に実装されている光源１４からの受熱エリアである。この基板搭載部２２には第２基板４－２と密着させるための平坦面部を備えている。したがって、この基板搭載部２２には第２基板４－２が密着して設置されており、第２基板４－２に実装されている光源１４の熱Ｈを受ける。基板搭載部２２が受熱した熱Ｈは、熱伝導部材からなるレンズホルダ６の熱伝導性によりＴｏＦセンサ１０側に伝導する。

【0031】

立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆは本開示の第１包囲壁の一例である。これら立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４ＦがＴｏＦセンサ１０の側面側を包囲し、第１基板４－１がＴｏＦセンサ１０の底面側を覆い、レンズホルダ６がＴｏＦセンサ１０の上面側を覆っている。つまり、複数の立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆ、第１基板４－１およびレンズホルダ６、光学レンズ３０を以て、ＴｏＦセンサ１０およびその実装部を保温するための第１保温室３４－１が構成されている。また、各立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆを一体に備えたレンズホルダ６は、ＴｏＦセンサ１０に対するノイズ光の入射を阻止する機能を果たす。

【0032】

立壁部２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｅ、２４Ｇは本開示の第２包囲壁の一例である。これら立壁部２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｅ、２４Ｇがマイコン１２の側面側を包囲し、第１基板４－１がマイコン１２の底面側を覆い、レンズホルダ６がマイコン１２の上面側を覆っている。つまり、複数の立壁部２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｅ、２４Ｇ、第１基板４－１およびレンズホルダ６を以て、マイコン１２を保温するための第２保温室３４－２が構成されている。

【0033】

レンズホルダ６が排出された第１基板４－１の背面には放熱板８が設置されている。この放熱板８にはレンズホルダ６と同様に熱伝導部材が用いられる。この放熱板８が備える放熱性により、第１保温室３４－１および第２保温室３４－２の過熱が抑制される。

【0034】

＜ＴｏＦセンサ１０の保温メカニズム＞
図２は、裏面側から見たレンズホルダ６を示している。図２において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

【0035】

第１保温室３４－１は、立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆ、図１に示した第１基板４－１およびレンズホルダ６、光学レンズ３０を含んで密閉空間を構成する。つまり、光学レンズ３０は第１保温室３４－１を封止する封止部材に含まれる。ホルダ部２０に形成された光学フィルタ取付部３６には、板状の光学フィルタ３２（図１）が設置される。この光学フィルタ３２はホルダ部２０を閉塞し、第１保温室３４－１は密閉空間を構成する。つまり、光学フィルタ３２は第１保温室３４－１を封止する封止部材に含まれる。したがって、この第１保温室３４－１にはＴｏＦセンサ１０とともに空気が閉じ込められ、第１保温室３４－１内の空気は、レンズホルダ６に接して受けた熱Ｈを蓄熱する蓄熱手段として機能する。

【0036】

第２保温室３４－２は、立壁部２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｅ、２４Ｇ、図１に示した第１基板４－１およびレンズホルダ６を含んで密閉空間を構成する。つまり、第２保温室３４－２にはマイコン１２とともに空気が閉じ込められ、第２保温室３４－２内の空気は、レンズホルダ６に接して受けた熱Ｈを蓄熱する蓄熱手段として機能する。これにより、マイコン１２およびその実装部が保温される。

【0037】

＜光源１４の発光形態と発熱の関係＞
図３のＡは、光源１４の駆動パルスを示している。この駆動パルスによる発光形態は一例であって、本開示がこの発光形態に限定されるものではない。この駆動パルスによる光源１４のパルス発光は、光源ドライバ１６から一定周期でオン・オフする駆動パルスによって点滅させる発光形態の一例である。

【0038】

図３のＢは、光源１４の発熱量の推移を示している。光源１４にＶＣＳＥＬ素子を用いてパルス発光させた場合、消灯状態から点灯状態に至る過渡時間、または点灯状態から消灯状態に至るスイッチング時間（過渡時間）に生じるスイッチング損失により、光源１４には顕著な発熱量が得られる。この発熱によって生じた熱Ｈが光源１４から第２基板４－２を介してレンズホルダ６に伝わる。

【0039】

＜カメラモジュール２の製造工程の一例＞
このカメラモジュール２の製造工程は、本開示のカメラモジュールの製造方法の一例である。この製造工程には少なくとも、レンズホルダ６の加工工程、基板取付け工程などが含まれる。

【0040】

レンズホルダ６の加工工程では、熱伝導部材の整形や切断などにより、ＴｏＦセンサ１０を包囲する立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆ（第１包囲壁）、光源１４の熱Ｈを受ける基板搭載部２２（受熱部）を含むレンズホルダ６を形成する。

【0041】

基板取付け工程には、第１包囲壁内にＴｏＦセンサ１０を位置付けして第１基板４－１を配置する工程、または光源１４を含む第２基板４－２を基板搭載部２２（受熱部）に配置する工程が含まれる。

【0042】

＜一実施の形態の効果＞
この一実施の形態によれば、次の何れかの効果が得られる。
(1) 保温熱源に光源１４を活用
光源１４は、被写体に光を照射するための発光手段である。この本来の機能によって生じる発熱を保温熱源に活用するので、新たな熱源を設置する必要がない。モジュールの簡略化、多機能化または軽量化に寄与することができる。

【0043】

(2) 光源１４の発光形態にパルス駆動発光を活用
光源１４の発光形態を損なうことなく、パルス駆動による間欠発光を活用し、保温熱源として必要な熱Ｈを得ることができる。

【0044】

(3) 熱伝導部材による熱伝導
レンズホルダ６は、レンズユニット２６を搭載する基材であり、これに熱伝導部材を用いている。したがって、レンズユニット２６の搭載部材であるレンズホルダ６を以て光源１４からの熱Ｈを受け、この熱Ｈを効率的にＴｏＦセンサ１０側に伝導させることができる。つまり、レンズホルダ６の多機能化を図ることができる。

【0045】

(4) 蓄熱性、保温性および検出精度の向上
第１保温室３４－１および第２保温室３４－２を構成するレンズホルダ６や第１保温室３４－１および第２保温室３４－２に閉じ込められた空気の蓄熱性を利用し、ＴｏＦセンサ１０やマイコン１２を効率よく保温して一定温度以上に維持することができ、ＴｏＦセンサ１０の温度低下による検出画像の乱れなどの誤動作を防止でき、検出精度を高めることができる。

【0046】

(5) カメラモジュール２の動作温度の範囲拡大
ＴｏＦセンサ１０を保温することで、ＴｏＦセンサ１０のセンサ機能の信頼性を高めることができるとともに、ＴｏＦセンサ１０によるカメラモジュール２の温度依存性を緩和でき、カメラモジュール２の動作温度の範囲拡大を図ることができる。

【0047】

(6) 放熱板８の放熱性
光源１４からの熱Ｈの保温と相俟って放熱板８による放熱により、各第１保温室３４－１、第２保温室３４－２の温度が適正化されるので、カメラモジュール２の動作温度の範囲拡大とともに動作の信頼性が得られる。

【0048】

(7) カメラモジュール２の堅牢性などの強化
剛性の高い熱伝導部材で構成されたレンズホルダ６に第１基板４－１および第２基板４－２を取り付け、レンズホルダ６を挟んで第１基板４－１および第２基板４－２が配置されているので、カメラモジュール２の堅牢性を強化することができる。

【0049】

レンズホルダ６は、立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆ（第１包囲壁）および立壁部２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｅ、２４Ｇ（第２包囲壁）を備える箱状の筐体構造を備えているので、熱伝導部材が持つ剛性と相俟って強固な支持フレーム構造を実現することができる。

【0050】

ＴｏＦセンサ１０を包囲する立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆ（第１包囲壁）を備えるレンズホルダ６によれば、ＴｏＦセンサ１０に対するノイズ光を遮断でき、被写体からの反射光の検出精度を高めることができるなど、センサ機能の信頼性を高めることができる。

【0051】

(8) ＴｏＦセンサ１０および光源１４の設置精度
複数の立壁部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｄ、２４Ｆ（第１包囲壁）および立壁部２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｅ、２４Ｇ（第２包囲壁）を持つレンズホルダ６を備えることにより、第１基板４－１および第２基板４－２の平行精度が得られ、ＴｏＦセンサ１０および光源１４の設置精度を高めることができる。

【0052】

(9) カメラモジュール２のコンパクト化
レンズホルダ６を用いて熱伝導構造を実現でき、カメラモジュール２のコンパクト化を図ることができる。

【0053】

(10) 第１保温室３４－１および光源１４の配置によるＴｏＦセンサの適正化
第１保温室３４－１の近傍に配置された光源１４からの熱で第１保温室３４－１とともにＴｏＦセンサを保温するので、ＴｏＦセンサが過度に加熱されることなく、保温を適正化できる。

【0054】

〔他の実施の形態〕
(1) 上記一実施の形態では単一の光源１４を備えたが、光源１４を複数化してもよい。光源１４の発光形態としてパルス発光を例示したが、パルス発光以外の発光形態であってもよい。

【0055】

(2) 上記一実施の形態では、光源１４を熱源に用いたが、動作によって発熱する素子を用いてもよい。

【0056】

(3) 電子機器としてカメラモジュール２を例示したが、本開示の電子機器はカメラモジュールに限定されない。

【0057】

以上説明したように、本開示の最も好ましい実施の形態等について説明した。本開示は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に記載した本開示の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であって、斯かる変形や変更が、本開示の範囲に含まれることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本開示は、低温時、機能低下を来すＴｏＦセンサ１０（第１の素子）と、動作時、発熱する光源１４（第２の素子）とを併存させたカメラモジュール２などの電子機器について、第２の素子の熱を第１の素子側に伝導させて第１の素子を保温させたので、カメラモジュール２などの電子機器の動作温度の範囲拡大などの優れた効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0059】

２ カメラモジュール
４－１ 第１基板
４－２ 第２基板
６ レンズホルダ
８ 放熱板
１０ ＴｏＦセンサ
１２ マイコン
１４ 光源
１６ 光源ドライバ
１８ 配線部材
２０ ホルダ部
２２ 基板搭載部
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ、２４Ｆ、２４Ｇ 立壁部
２６ レンズユニット
２８ 摺動機構
３０ 光学レンズ
３２ 光学フィルタ
３４－１ 第１保温室
３４－２ 第２保温室
３６ 光学フィルタ取付部

【図1】

【図2】

【図3】