一种摄像模组及成像系统的制作方法

1.本发明涉及图像采集设备技术领域，特别涉及一种摄像模组及成像系统。


背景技术：

2.随着图像传感器像素的不断升级，要求摄像头中镜头的解像力越来越高，但是，镜头相对于图像传感器，解像力余量越来越小，即摄像头模组的焦点深度范围越来越小，则要求摄像头模组组装时的精度就更高。另外，非消费领域类摄像头模组，基本都是定焦模组(非自动对焦)，在温度变化时，镜头的最佳成像面会发生漂移，而且此类模组工作温度条件比较苛刻(例如车载领域一般要求-40—+85℃)，使摄像头模组在全温度范围内保持良好的性能，则要求摄像头模组在组装时具备更高的精度，不仅需要保证常温下性能，还要考虑低温、高温条件下镜头后焦温漂，则在常温下组装时组装余量更小。
3.考虑以上三点：1)图像传感器像素升级，镜头相对于图像传感器的解像力余量变小，模组的焦点深度范围变小；2)定焦摄像头模组，不同温度条件下，镜头后焦(镜头最佳成像面)位置不同，即温度变化时，摄像头模组会发生跑焦现象；3)在对成像质量要求高的领域中，摄像头模组组装时，要求镜头成像面位置与图像传感器感光位置尽量重合，偏离越小越好，即要求摄像头模组组装的精度更高。对于镜头与图像传感器(sensor)线路板之间的固定方式基本都是通过uv粘结剂固化进行连接。而uv胶固化，粘结剂都有一定的收缩性，就目前来看，不管使用哪一种粘结剂，暂时都无法避免粘结剂收缩的问题。而粘结剂固化后，不同位置的粘结剂收缩量不均匀。
4.针对需要高精度组装的摄像头，镜头和线路板校正到最佳相对位置后，通过粘结剂把镜头和线路板或者底座连接固定，最终使镜头和线路板始终保持在最佳相对位置，即镜头成像面与线路板上图像传感器感光面重合。但是，粘结剂有一个特性，固化后会进行收缩，而且粘结剂厚度不同，收缩量不同；粘结剂厚度越大，收缩量越大。另一方面，即使粘结剂厚度相同，由于固化条件的差异(uv曝光固化，热固化)，粘结剂收缩量也不同；粘结剂厚度越大，收缩量的差异性也越大。镜头成像面与线路板上图像传感器感光面重合度降低，引起镜头与图像传感器的光轴偏差。
5.所以，在需要高精密度组装的摄像头模组中，粘结剂厚度不一致性所引起的镜头成像面与图像传感器感光面重合度不好是需要及时解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明公开了一种摄像模组及成像系统，用于缓解因粘结剂厚度不一致性引起的镜头成像面与图像传感器感光面重合度不好的问题。
7.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
8.第一方面，提供一种摄像模组，该摄像模组包括：镜头、镜头座、线路板、图像传感器和多个支撑组件；所述镜头固定于所述镜头座中，所述图像传感器设置于所述线路板上，所述镜头与所述图像传感器沿光轴方向相对设置；所述支撑组件包括刚性构件和弹性件，
所述弹性件弹性支撑于所述镜头座和所述刚性构件之间，并用于为所述刚性构件提供朝向所述线路板的弹性力。镜头的成像面与图像传感器的感光面重合时，每个支撑组件的弹性件均利用对刚性构件的弹性力使该刚性构件始终自动地调整至抵接所述线路板，确保刚性构件与线路板的直接接触，零间隙地刚性连接，刚性构件与线路板接触的表面至线路板之间没有粘结剂，不易引起因为粘结剂收缩造成的镜头成像面与图像传感器感光面重合度不好的问题。并且，即便刚性构件朝向线路板的非接触区域与线路板之间有粘结剂，该部分粘结剂收缩时对刚性构件在光轴方向上的拉力也会被弹性件对刚性构件的弹性力自动抵消掉，使刚性构件自动适应粘结剂收缩引起的拉力。以上，每一个支撑组件中刚性构件的位置都是根据该支撑组件所在位置单独定制的，连接好后，刚性构件的位置基本不再受到其它因素的影响，稳定性高，有利于缓解因粘结剂厚度不一致性引起的镜头成像面与图像传感器感光面重合度不好的问题。
9.可选地，所述支撑组件还包括固定连接于所述镜头座的安装套，所述安装套具有开口朝向所述线路板的滑道，所述刚性构件沿光轴方向滑动适配于所述滑道中；所述弹性件弹性支撑于所述滑道的底面和所述刚性构件之间。
10.可选地，所述支撑组件还包括预紧件，所述预紧件用于调节所述弹性件的预紧力。
11.可选地，所述预紧件与所述安装套沿光轴方向螺纹连接，并连接于所述弹性件远离所述刚性构件的一端。
12.可选地，所述预紧件包括滑块和紧固件，所述滑块的外径大于所述预紧件的外径；所述滑块滑动配合于所述滑道中，并与所述弹性件远离所述刚性构件的一端连接；所述紧固件螺纹连接于所述安装套远离所述线路板的一端，并与所述滑块抵接。
13.可选地，所述安装套和所述刚性构件均为圆柱形结构，且沿所述光轴方向同轴设置，所述安装套内嵌于所述镜头座。
14.可选地，所述刚性构件靠近所述线路板的一端外径逐渐减小。
15.可选地，所述刚性构件靠近所述线路板的一端形成有球面。
16.可选地，多个所述支撑组件环绕所述镜头间隔且均匀地分布。
17.可选地，所述支撑组件还包括锁紧件，所述锁紧件用于将所述刚性构件与所述镜头座锁定。
18.可选地，所述锁紧件包括螺钉，所述螺钉与所述镜头座螺纹连接，并抵接于所述刚性构件的周向表面。
19.第二方面，提供一种成像系统，成像系统包括：上述任一技术方案所述的摄像模组。
20.所述的成像系统与上述的摄像模组相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
21.图1为本技术实施例提供的摄像模组的结构示意图；
22.图2表示图1所示摄像模组的透视图；
23.图3表示图1中a-a向剖视图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.摄像模组制造时各部件存在偏差，其中，主要是镜头的偏差(如光学后焦偏差和光轴倾斜偏差)，光学镜头包括若干镜片和结构件(如隔圈和镜筒等)，所有镜片与结构件理论上都难以避免公差，导致光学镜头的光学焦面相对于粘结剂粘接面的位置不一致，从而，直接导致粘结剂厚度不一致。另外，图像传感器高度偏差和底座高度偏差，直接影响配合间隙的大小，从而影响粘结剂的厚度。
26.在需要高精密度组装的摄像头模组中，粘结剂厚度不一致性容易引起镜头成像面与图像传感器感光面重合度不好，造成镜头与图像传感器的光轴偏差。
27.参考图1至图3：
28.本技术实施例还提供一种摄像模组，以缓解上述问题。本技术实施例不仅仅是减小粘结剂的厚度，以降低收缩量差异性，而是直接利用刚性构件11的刚性特性，让镜头4与线路板2直接接触，从根本上改变两者的连接方式，避免粘结剂的固有缺陷和结构的固有缺陷等。
29.该摄像模组包括：镜头4、镜头座3、线路板2、图像传感器6、底座7和多个支撑组件1；镜头4固定于镜头座3中，图像传感器6设置于线路板2上，线路板2可以安装于底座7上，镜头4与图像传感器6沿光轴l方向相对设置，以使镜头4的成像面与图像传感器6的感光面重合；支撑组件1包括刚性构件11和弹性件12，弹性件12弹性支撑于镜头座3和刚性构件11之间，并用于为刚性构件11提供朝向线路板2的弹性力。镜头4的成像面与图像传感器6的感光面重合时，每个支撑组件1的弹性件12均利用对刚性构件11的弹性力使该刚性构件11始终自动地调整至抵接线路板2，确保刚性构件11与线路板2的直接接触，零间隙地刚性连接，刚性构件11与线路板2接触的表面至线路板2之间没有粘结剂，不易引起因为粘结剂收缩造成的镜头4成像面与图像传感器6感光面重合度不好的问题。并且，即便刚性构件11朝向线路板2的非接触区域与线路板2之间有粘结剂，该部分粘结剂收缩时对刚性构件11在光轴l方向上的拉力也会被弹性件12对刚性构件11的弹性力自动抵消掉，使刚性构件11自动适应粘结剂收缩引起的拉力。以上，每一个支撑组件1中刚性构件11的位置都是根据该支撑组件1所在位置单独定制的，连接好后，刚性构件11的位置基本不再受到其它因素的影响，稳定性高，有利于缓解因粘结剂厚度不一致性引起的镜头4成像面与图像传感器6感光面重合度不好的问题。线路板2具体可以是印刷电路板(printed circuit board)。弹性件12可以是沿光轴l方向设置的压缩弹簧，或者其他具有弹性的结构件。刚性构件11具体可选择高刚性钢材，耐腐蚀、受温度、湿度等影响较小，强度及刚性比较高。
30.在一个具体的实施例中，支撑组件1还包括固定连接于镜头座3的安装套15，安装套15具有开口朝向线路板2的滑道v，刚性构件11沿光轴l方向滑动适配于滑道v中；弹性件12弹性支撑于滑道v的底面和刚性构件11之间，利用弹性件12。安装套15作为刚性构件11和弹性件12的安装基础，使支撑组件1作为一个整体，在安装时只需要将安装套15内嵌于镜头座3即可，具体可以在镜头座3中设置光轴l方向延伸的镶嵌槽t，具体可以是以过盈配合的
方式安装。并且，安装套15的滑道v对弹性件12和刚性构件11起到了限位导向作用，避免其在移动过程中侧向偏离轨道。
31.在一个具体的实施例中，支撑组件1还包括预紧件13，预紧件13用于调节弹性件12的预紧力。由于镜头座3和线路板2不同位置的结构尺寸公差不同，粘结剂分布厚度也有差异，粘结剂收缩时在光轴l方向上对刚性构件11的拉力也不相同，各个支撑组件1中的弹性件12的所需弹性力不同，通过调节弹性件12的预紧力，可以适应不同的支撑组件1所需的弹性力。
32.在一个具体的实施例中，预紧件13与安装套15沿光轴l方向螺纹连接，并连接于弹性件12远离刚性构件11的一端，通过转动预紧件13即可沿光轴l方向移动弹性件12该端的位置，而弹性件12靠近刚性构件11的一端与刚性构件11连接，因此，弹性件12的长度可以被调整，从而实现不同大小的预紧力。
33.在一个具体的实施例中，预紧件13包括滑块132和紧固件131，紧固件131具体可以为带刻度进给丝杠，滑块132的外径大于预紧件13的外径；滑块132滑动配合于滑道v中，并与弹性件12远离刚性构件11的一端连接；紧固件131螺纹连接于安装套15远离线路板2的一端，并与滑块132抵接。紧固件131具有较小的外径，避免对安装套15开设较大的螺纹孔，有利于提高安装套15的结构稳定性，而利用较大外径的滑块132可以与同等内径的滑道v相适配，并且，可以覆盖弹性件12的对应端，而避免紧固件131插入到弹性件12(压缩弹簧)的中空位置。
34.在一个具体的实施例中，安装套15和刚性构件11均为圆柱形结构，且沿光轴l方向同轴设置，安装套15内嵌于镜头座3，具体可以是过盈配合于镜头座3的对应安装槽中，安装槽的深度可以大于安装套15嵌入的深度，以便于安装预紧件13。相对于片状等形状的刚性构件11，圆柱形的刚性构件11相当于支撑腿，减小与线路板2的接触面积，相对于较大面积的接触可以降低接触的匹配难度，使刚性构件11与线路板2接近于点面接触，便于形成直接地刚性接触。
35.在一个具体的实施例中，安装套15具有光轴l方向的滑动通槽u，刚性构件11的周向表面上设有滑动凸起14，滑动凸起14沿光轴l方向滑动配合于滑动通槽u中，以防止刚性构件11绕自身轴线转动，提高刚性构件11与线路板2接触的稳定性，确保粘结效果，且滑动凸起14的横向上可以与滑动通槽u的内壁相接触，以进一步降低刚性构件11转动的可能性。
36.在一个具体的实施例中，刚性构件11靠近线路板2的一端外径逐渐减小，以进一步缩减刚性构件11与线路板2的接触面积，更加趋近于点面接触。并且，当上述外径逐渐减小的部分关于刚性构件11的轴线中心对称时，刚性构件11与线路板2的接触点位于刚性构件11的轴线上，当该端的非接触区域与线路板2之间填充粘结剂时，粘结剂收缩对刚性构件11产生的横向拉力相互抵消，且在光轴l方向上的拉力可以被弹性件12自动补偿。
37.在一个具体的实施例中，刚性构件11靠近线路板2的一端形成有球面，球面可以减少划伤线路板2的概率，并且可以将刚性构件11与线路板2的接触面集中到最底端的一个点上，便于实现与线路板2的刚性接触。
38.在一个具体的实施例中，多个支撑组件1环绕镜头4间隔且均匀地分布，以便于在各个方向上为镜头座3提供均匀的支撑，否则，镜头座3容易发生倾斜，引起装配公差，造成图像传感器6与镜头4的光轴l偏差。在图2中，支撑组件1的数量具体可以是4个，4个支撑组
件分别一对一地设置于方形镜头座3的4个角部。
39.在一个具体的实施例中，支撑组件1还包括锁紧件5，锁紧件5用于将刚性构件11与镜头座3锁定，在图像传感器6的感光面和镜头4的成像面调整至重合后，各个刚性构件11的位置锁定，可以避免后期刚性构件11被挤压发生位移，使得原本重合的感光面和成像面再次不重合。
40.在一个具体的实施例中，锁紧件5包括螺钉，螺钉与镜头座3螺纹连接，并抵接于刚性构件11的周向表面。利用螺钉对刚性构件11的摩擦力，将刚性构件11锁紧，操作便捷，结构简单。
41.在另一个具体的实施例中，也可以利用胶水等粘结剂将刚性构件11与镜头座3粘结固定，但是为了避免粘结剂流动至刚性构件11下方引起粘结剂收缩造成的光轴l偏差问题，可以在刚性构件11上套设胶圈，阻碍粘结剂流下。
42.以上，将常用的、传统的、简单的粘结剂连接方式直接进行了颠覆性的变更，增加两者之间的刚性，让连接更稳定，保持性更好，受外界影响更小的连接方式。该连接方式完全消除了粘结剂的收缩造成的影响，是一种不易受操作精度的影响高质量连接方式。其中，刚性构件11为连接主体，粘结剂只固定连接刚性构件11和线路板2。
43.在正常的温度范围内使用摄像模组，温度对镜头4与线路板2之间的连接影响基本可以忽略不计。连接采用的刚性构件11，在常温下使用，基本没有变形。
44.以下说明如何实现让镜头4与线路板2刚性连接。
45.在镜头座3的四周嵌入四套支撑组件1，尽可能地均匀布置，使弹性件12的反作用力均匀地传递到线路板2上。线路板2上与镜头座3对应的压紧区域进行覆铜，与支撑组件1配合，便于滑动及精准配合。图像传感器6夹持机构对应的压紧区域下方要有足够的支撑，且夹持机构刚度较好。镜头4的夹持机构，除夹持夹爪外，还设计有承靠面压紧装置，使镜头4的夹持足够稳固，刚性及强度也比较好。高清相机与支撑组件1相对位置布置合理，使高清相机可以观察到镜头4与图像传感器6之间的间隙，还可以根据紧定螺钉的位置计算出角度及位置。锁紧件5自带螺纹胶，且带有初始位置标记，初始时不能将锁紧件5紧固，防止锁紧件5锁死，而导致支撑组件1不能顺畅动作，无法调试成功。配备有用来紧定锁紧件5的紧定电机系统，以覆盖两侧支撑组件1对应的锁紧件5的范围。紧定电机系统带有力反馈，头部带有微动张紧收缩功能，另外头部的旋转角度具有记录功能。支撑组件1的精度较好，安装套15与刚性构件11之间的间隙在+0.01～+0.02mm。装配好后，可以运动顺畅，无卡滞情况。弹性件12的弹力适中，根据粘结剂的收缩力、粘结剂的量、粘结剂与镜头座3的接触面积、镜头座3的材质及表面处理方式4、镜头座3的洁净程度和表面能等条件，确认弹性件12的张力。线路板2的点胶区域为线路板2覆铜区域，以将刚性构件11与线路板2进行紧固，从而达到镜头座3与线路板2刚性连接的目的。
46.此外，制备摄像模组的设备中还配备有以下组件：
47.xyz三轴运动平台，用于将镜头2及图像传感器6运动到指定位置。
48.六轴位移台，可六方向调节，实现镜头4和图像传感器6相对位置。
49.测试卡，用来看图像的标准卡。
50.线路板夹持组件，用于放置线路板2板并夹持固定。
51.中继透镜系统，用于为镜头4模拟不同距离的物距。
52.镜头夹持组件，用于夹持镜头4，并将其固定。
53.制备摄像模组的动作流程如下：
54.将镜头4的成像面与图像传感器6的感光面调整重合后，4个高清相机同时进行拍照，计算锁紧件5的角度及位置，以及测量镜头4与线路板2之间的间隙及位置。
55.通过高清相机获取的结果，后台系统进行分析计算，得出对应的锁紧件5的位置及旋转角度，并给出对应的指令，调整紧定电机系统使紧定电机头部旋转到对应的角度，并控制紧定电机系统在x轴、y轴和z轴进行运动，将紧定电机系统运动到对应的位置。
56.紧定电机系统进行紧定锁紧件5的紧固动作，通过力传感器，实时监控锁紧件5的紧固的情况，当力传感器达到对应的预定值，即停止紧固，并反方向旋转一定角度，便于紧定电机系统可以顺利退出。
57.在紧固锁紧件5的同时，高清相机也在同步实时监测镜头座3与线路板2的间隙及相对位置，保证镜头座3与线路板2的间隙及相对位置不变。
58.以上动作都完成时，打开uv探头进行刚性构件11与线路板2之间的固化。
59.同时，高清相机仍实时监测镜头4与线路板2的间隙及位置，保证镜头4与线路板2的间隙及相对位置不变。
60.当固化完成后，将摄像模组退出。
61.基于相同的发明构思，本技术实施例还提供一种成像系统，成像系统包括：上述实施例提供的摄像模组，该摄像模组的有益效果可以参考前文的摄像模组的有关描述。
62.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种摄像模组，其特征在于，包括：镜头、镜头座、线路板、图像传感器和多个支撑组件；所述镜头固定于所述镜头座中，所述图像传感器设置于所述线路板上，所述镜头与所述图像传感器沿光轴方向相对设置；所述支撑组件包括刚性构件和弹性件，所述弹性件弹性支撑于所述镜头座和所述刚性构件之间，并用于为所述刚性构件提供朝向所述线路板的弹性力，以使所述刚性构件抵接于所述线路板。2.根据权利要求1所述的摄像模组，其特征在于，所述支撑组件还包括固定连接于所述镜头座的安装套，所述安装套具有开口朝向所述线路板的滑道，所述刚性构件沿光轴方向滑动适配于所述滑道中；所述弹性件弹性支撑于所述滑道的底面和所述刚性构件之间。3.根据权利要求2所述的摄像模组，其特征在于，所述支撑组件还包括预紧件，所述预紧件用于调节所述弹性件的预紧力。4.根据权利要求3所述的摄像模组，其特征在于，所述预紧件与所述安装套沿光轴方向螺纹连接，并连接于所述弹性件远离所述刚性构件的一端。5.根据权利要求4所述的摄像模组，其特征在于，所述预紧件包括滑块和紧固件，所述滑块的外径大于所述预紧件的外径；所述滑块滑动配合于所述滑道中，并与所述弹性件远离所述刚性构件的一端连接；所述紧固件螺纹连接于所述安装套远离所述线路板的一端，并与所述滑块抵接。6.根据权利要求2所述的摄像模组，其特征在于，所述安装套和所述刚性构件均为圆柱形结构，且沿所述光轴方向同轴设置，所述安装套内嵌于所述镜头座。7.根据权利要求6所述的摄像模组，其特征在于，所述刚性构件靠近所述线路板的一端外径逐渐减小。8.根据权利要求7所述的摄像模组，其特征在于，所述刚性构件靠近所述线路板的一端形成有球面。9.根据权利要求6所述的摄像模组，其特征在于，多个所述支撑组件环绕所述镜头间隔且均匀地分布。10.根据权利要求6所述的摄像模组，其特征在于，所述支撑组件还包括锁紧件，所述锁紧件用于将所述刚性构件与所述镜头座锁定。11.根据权利要求10所述的摄像模组，其特征在于，所述锁紧件包括螺钉，所述螺钉与所述镜头座螺纹连接，并抵接于所述刚性构件的周向表面。12.一种成像系统，其特征在于，包括：权利要求1至11任一项所述的摄像模组。

技术总结
本发明涉及图像采集设备技术领域，公开一种摄像模组及成像系统，该摄像模组包括：镜头、镜头座、线路板、图像传感器和多个支撑组件；镜头固定于镜头座中，图像传感器设置于线路板上，镜头与图像传感器沿光轴方向相对设置；支撑组件包括刚性构件和弹性件，弹性件弹性支撑于镜头座和刚性构件之间，并用于为刚性构件提供朝向线路板的弹性力。镜头的成像面与图像传感器的感光面重合时，每个支撑组件的弹性件均利用对刚性构件的弹性力使该刚性构件始终自动地调整至抵接线路板，确保刚性构件与线路板的直接接触，刚性构件与线路板接触的表面至线路板之间没有粘结剂，不易引起镜头成像面与图像传感器感光面重合度不好的问题。像传感器感光面重合度不好的问题。像传感器感光面重合度不好的问题。


技术研发人员：刘明 邓志吉 舒金表 姚卫忠 范中森 艾春武 赵宇宁 刘东
受保护的技术使用者：浙江大华技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/8/1