JP2004088807A - 画像入力表示装置 - Google Patents

Abstract

　【課題】　従来のデジタルカメラによれば、電荷結合素子と電子回路が個々にパッケージに封止されている等により、小型にするのが困難であったのをなくすものである。
　【解決手段】　ＣＣＤ１６や電子回路が半導体チップ１７状態で同一配線基板１５に実装されたり、上記半導体チップ１７がマイクロバンプボンディングで実装されたり、上記半導体チップの裏面を研磨して厚さを薄くしたり、ホログラムレンズ等を用いることにより、デジタルカメラを小型にするものである。
【選択図】　図２

Description

　本発明は、デジタルカメラや画像情報処理分野に用いられる画像入力表示装置に関するものである。

　本発明の画像入力表示装置に関する従来の技術について図面を参照して説明する。

　図５は、従来のデジタルカメラの外観斜視図を示したもので、図５（ａ）はデジタルカメラの前方から見た斜視図、図５（ｂ）はデジタルカメラの後方から見た斜視図である。

　このデジタルカメラは、デジタルカメラ本体１、画像を取り込むレンズ２、画像の標的を定めるファインダー３、シャッタボタン４、フラッシュ５、画像データを記録する記録媒体（例えば、フラッシュメモリが入ったカード）を挿入する部分６、入力した画像を写し出す表示用液晶パネル７、外部の表示装置等と接続するインターフェイス部８および内部の配線基板に設置された電荷結合素子（以後、ＣＣＤと記す）とＣＣＤの駆動回路等の各種の電子回路が形成された半導体装置とから構成されている。

　次に、図５を用いてデジタルカメラの機能について説明する。

　ファインダー３よりとらえた画像がシャッタボタン４を押された時にレンズ２を通して、デジタルカメラ本体１の内部に設置されたＣＣＤに入射される。デジタルカメラに内蔵された電子回路によってＣＣＤから出力された電気信号が処理され、記録媒体によって画像が記録される。なお、必要に応じて光量が不足している場合はフラッシュ５がシャッタボタン４と同時に点灯され、光量を補足する。

　そして、画像を再現するときは、内部記録媒体に記録されている画像情報を取り出し表示用液晶パネルに映し出すか、インターフェイス部８を通じて、外部の画像表示装置やコンピュータ等に転送して映し出す。

　内部に設置されたＣＣＤや駆動回路は、一旦樹脂封止等によりパッケージにいれて各々の半導体装置を形成し、その半導体装置を配線基板に半田付けして実装していた。このような実装方法では、最低でも10mm以上の配線基板の厚さになった。

　従って、従来の技術を用いて作られたデジタルカメラは、小さいものでも、横10.2cm、縦7.4cm、厚み2.8cmの大きさであり、電池を除いても重さが185ｇあった。

　しかしながら、このような従来の技術を用いたデジタルカメラには、以下に述べるような課題がある。

　まず、携帯が必要とするデジタルカメラとしては、上記のように本体の寸法が大きく、重いため、携帯には向いていないと言う課題があった。

　特に、従来のデジタルカメラでは、内蔵されたＣＣＤが通常0.5インチ（約1.2cm）のものを使用しているため、焦点距離が1cm以上でレンズからＣＣＤまで距離を十分確保する必要があった。このため、デジタルカメラ本体の小型化に限度があった。

　また、ＣＣＤやメモリおよび各種の電子回路が形成された各半導体装置が樹脂等でパッケージに封止されているため、これらを実装した基板の相対的な体積がまし、デジタルカメラを小型化にすることができなかった。

　また、デジタルカメラで撮影した画像を記録媒体に蓄積した後、コンピュータ等、外部とのインターフェイスを行うとき、付属の専用コードを接続する必要があり、携帯に不便であった。

　また、ＣＣＤを実装した配線基板と、画像を表示する表示装置とが配線基板から分離しているため大型になっていた。

　上記述べたような課題を解決するための手段は、まず、少なくとも、画像が入力される電荷結合素子と、同電荷結合素子を駆動する回路とが半導体チップ状態で、同一基板上に実装されているものである。

　これにより、各半導体チップを大きなパッケージに封止することなく、各半導体チップに形成されたボンディングパッドと配線基板に形成された配線層とを金属細線等で電気接続することができ、半導体チップを含めた配線基板の厚さを薄くすることができるとともに、集積化することができる。従って、半導体チップが搭載された配線基板の全体の容量を小さくすることができ、画像入力表示装置を小型にすることができる。

　また、半導体チップの配線基板への実装が、マイクロバンプボンディングであるものである。これにより、各半導体チップのボンディングパッドと配線基板に形成された配線層とをバンプを介して直接接続することができ、金属細線での接続より、さらに集積化することができ、画像入力表示装置を小型にすることができる。

　また、半導体チップが配線基板上に実装される前に、前記各半導体チップの裏面が研磨されて厚さが薄くなっているものである。これにより、各半導体チップの厚さを薄くしているため、半導体チップを含めた配線基板の厚さを薄くすることができ、画像入力表示装置の厚さをさらに薄くすることができる。

　また、平面的表示装置が半導体チップが実装された配線基板上に実装されているものである。

　これにより、液晶等の平面的表示装置を分離せず、電荷結合素子等が実装された配線基板に直接実装するため、画像入力表示装置を小型にすることができる。

　また、電荷結合素子に画像を入力させるレンズにホログラムレンズを用いるものである。

　これにより、光学的ホログラムを用いたレンズを用いているため、通常の凹凸型ガラスレンズやプラスチックレンズより薄くできる。従って、画像入力表示装置の厚さを薄くすることができる。

　また、画像入力に際して標的を定める機構として、空間中に小さな窓を備えたものである。

　これにより、空間中に小さな窓を２個設けることにより、ファインダー代わりに使用で
き、標的を定める機構としては非常に安価にできる。また、液晶パネル等の表示装置で表示した画面を見ながら標的を定める機構のものでは、昼間の明るい所では表示装置で写した画面が非常に薄く見づらいため、標的を定めることが困難であったが、本発明ではこのようなことがなくなる。

　また、画像が入力される電荷結合素子と、画像データを記録する不揮発性半導体記録装置とが、同一配線基板上に実装されているものである。

　これにより、従来外部に取り付けられていたフラッシュメモリ等の不揮発性半導体記録装置を内部に取り込むため、小型にすることができるとともに、画像データを記録する記録装置として強誘電体を用いた不揮発性半導体記録装置を用いているため、消費電力を少なくすることができ、小型の電池を用いることができる。

　また、画像が入力される電荷結合素子と、画像データを記録する不揮発性半導体記録装置と、外部の画像出力装置に接続するデジタルインターフェイスとが、同一基板上に実装されているものである。

　これにより、従来外部にあったデジタルインターフェイスを内部に取り込むため、システム全体として小型にすることができるとともに、パソコン等、画像出力装置に容易に接続でき、かつ従来のように専用の接続装置を経由することなく接続できる。また、デジタルインターフェイスを設けることによりデジタルカメラ本体に液晶パネル等の表示装置を必ずしも搭載する必要がなくなる。従って、画像入力表示装置を小型にできるとともに、消費電力を飛躍的に削減できるため、小型の電池を使用でき、画像入力表示装置を小型化、軽量化にすることができる。

　また、画像が入力される電荷結合素子が実装された配線基板上に、半導体ロジック回路と半導体メモリ回路とが実装され、入力された画像情報と予め記憶されている画像情報とをパターン認識等によって前記半導体ロジック回路によって相互的に比較し、比較結果を出力する手段を施したものである。

　これにより、従来にはなかった半導体ロジック回路を付加することによって、取り込んだ画像を即座に情報処理を行うことができる。例えば、予め記録させておいた画像と、入力されてきた画像とをパターン認識等によって比較し、同じ画像かどうかの識別判断をさせることができ、今までになかった偽造防止装置等の新しい情報処理を提供することができる。

　本発明の画像入力表示装置は、電荷結合素子とそれを駆動させる電子回路、あるいは入力された画像を記録させる電子回路等を半導体チップの状態で同一配線基板上に実装させること、上記半導体チップをマイクロバンプボンディングすること、上記半導体チップの裏面を研磨して薄くすることにより配線基板の厚さを薄くすることができる。

　また、平面的表示装置を半導体チップが実装された同一配線基板上に実装することにより、小型にすることができる。

　また、空間中に小さな窓を用いてファインダーとすることにより画像入力表示装置を安価に作ることができる。

　また、電荷結合素子を実装した配線基板に、不揮発性半導体記憶装置やデジタルインターフェイスを実装することによって、外部取り付け機構を無くし、画像入力表示装置を小
型にすることができる。

　また、電荷結合素子を実装した配線基板に、半導体ロジック回路と半導体メモリ回路とを実装することによって、記憶させていた画像との比較等の情報処理ができる。

　本発明の画像入力表示装置の実施の形態につて、図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　まず、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を用いて説明する。

　図１は本発明のデジタルカメラによる画像入力表示装置の構成を示す斜視図であり、図１（ａ）は装置前方から見た斜視図、図１（ｂ）は装置後方から見た斜視図である。図２は装置内部の配線基板を正面から見た概略図である。図３は配線基板を側面から見た実装関係を示した概略図である。

　画像入力表示装置の外観は、図１に示すように、デジタルカメラ本体９、画像を取り込むレンズ１０、画像の標的を定めるファインダー１１、シャッタボタン１２、入力した画像を映し出す表示用液晶パネル１３、外部の画像表示装置等と接続するためのインターフェイス部１４で構成されている。

　また、画像入力表示装置の内部の基板には、図２が示すように、配線層が形成された配線基板１５と、外部からレンズ１０を通して入力された画像を受光して電気信号に変換するＣＣＤ１６と、ＣＣＤ１６を駆動させるＣＣＤ駆動回路、表示素子を駆動させる表示駆動回路、記録装置およびプロセッサ回路を含むデジタル電気回路等が形成された各種の半導体チップ１７とが実装されている。

　そして、ＣＣＤ１６と半導体チップ１７は、図３に示すように、同一配線基板１５上に接着材で固定され、ＣＣＤ１６と半導体チップ１７上に形成されたボンディングパッドと配線基板１５に形成された配線層とが金線等の金属細線１８で接続され、回路が完成する。

　なお、レンズ１０とＣＣＤ１６とは相対する位置に配置されている。

　また、本発明のＣＣＤ１６では、高集積化された約１mm角と非常に小さいものを使用する。これにより、ＣＣＤとレンズとの距離（焦点距離）を短くすることができ、装置の厚さを薄くすることができる。

　このように、本実施の形態において、半導体チップ状態で配線基板に直接実装していることや、約１mm角の非常に小さいＣＣＤを用いているため、小型にできる。

　従って、装置本体のサイズを、横約8.5cm、縦約5.5cm、厚み約0.5cmの大きさにでき、ノートブック型コンピュータ用の外部メモリやモデムで知られているPCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) 規格のTypeIIのPCカードと同等な大きさにできる。

　なお、半導体チップ１７の配線基板１５への実装は、図３に示したように金属細線１８で電気接続をするワイヤボンディングでもよいし、半導体チップ１７のボンディングパッド上に形成されたバンプと、配線基板１５の配線層のパッドとを接着させる、マイクロバンプボンディング等の表面実装技術によって接着してもよい。

　このマイクロバンプボンディングとは、半導体チップ１７のボンディングパッド上に直径２０μmから１００μmの金などの金属のバンプを形成し、半導体チップ１７と配線基板１５との間にＵＶ硬化樹脂を塗布し、バンプと、配線層のパッドとを合わせ、圧力を加えることによりバンプをつぶして電気接続するとともに、半導体チップ１７と配線基板１５をＵＶ硬化樹脂によって固着させる実装方法であって、表面実装技術としては最先端の技術である。

　このようにマイクロバンプボンディングを用いる場合には、さらに実装された配線基板を薄くすることができるとともに、ワイヤボンディングの手間が省けるため、量産可能であり、低価格化に寄与することができる。

　次に、本発明として、配線基板に実装される前に半導体チップの裏面が研磨されて薄くなったものを実装するものである。通常、デバイスが形成されているシリコン基板は、厚み600μmの厚みがある。本実施の形態では、シリコン基板を裏面研磨し、半導体チップの厚みを250〜300μmの厚みにすることにより、さらに２０％近くの厚みを節約した薄型の装置を実現することができる。

　次に、本発明に用いられる光をＣＣＤの表面に集光させるレンズとして、プラスチックス製のレンズやガラス製のレンズであってもよいが、より薄型にするためにはホログラムを用いたレンズの方がよい。レンズは約３０cmから無限遠の距離でピントが合うように設計されたものであり、焦点距離を固定にする。このようなレンズを用いることにより、レンズとＣＣＤとの焦点距離を最小にすることができるため、超小型の装置が実現できる。また、焦点距離が固定であるため、ファインダーに個別のレンズが不必要であり、低コスト化が実現できる。

　なお、ホログラムを用いたレンズを使用した場合、レンズの厚みを５mmから数百μmまで薄型にできるため、超薄型デジタルカメラを形成するのに有効である。

　また、ホログラムを用いたレンズと通常の凹凸型レンズとを組み合わせたものを用いることにより、色収差を補正することができるため、より一層効果的となる。

　次に、本発明は、液晶パネル等の平面的表示装置とＣＣＤや各種回路等が実装された配線基板とを分離することなく、平面的表示装置も配線基板に実装するものである。これにより、さらに装置を薄く小型にすることができる。

　次に、本発明は、目的とする画像をＣＣＤに入力させる際に、標的を定める機構として、空間中に小さな窓を備えたものである。すなわち、デジタルカメラ本体の表面側と裏面側の枠に小さな窓を２個設けることにより、ファインダー代わりに使用するものである。

　これにより、標的を定める機構としては非常に小型に、かつ安価にできる。また、従来の液晶ディスプレイ等の表示装置で表示した画面を見ながら標的を定める機構のものでは、昼間の明るい場所では表示装置で写した画面が非常に薄く見づらいため、標的を定めることが困難であったが、本発明ではこのようなことがなくなる。

　次に、図１と図２を用いてデジタルカメラの機能について説明する。

　ファインダー１１よりとらえた画像が、シャッタボタン１２を押された時にレンズ１０を通して内部に設置されたＣＣＤ１６に入射される。デジタルカメラに内蔵された半導体チップ１７に形成された電子回路によってＣＣＤから出力された信号が処理され、記録媒
体によって画像が記録される。そして、画像を再現するときは、内部記録媒体に記録されている画像情報を取り出し、表示用液晶パネル１３に映し出すか、インターフェイス部１４を通じて、コンピュータ等にデータ転送して画面に映し出す。

　次に、本実施の形態で使用するデジタル電子回路のブロック図を図４に示し、回路動作を詳細に説明する。

　まず、レンズを通してＣＣＤ２０に入力された画像を、V-ドライバ２１とタイミングジェネレータ２２によってＣＣＤ２０を駆動させ、画像信号に変換する。そしてＣＣＤ２０からの画像信号は、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling)２３によってサンプリングされることによりノイズが低減され、ＡＧＣ(Auto Gain Controller)２４によってゲインが制御され、Ａ／Ｄコンバータ２５によってデジタル化される。デジタル化されたデジタル信号は、メモリコントローラ２６を通してＲＡＭ (Random Access Memory）２７に蓄積される。この記録媒体のＲＡＭは強誘電体材料によって形成されているため、不揮発性型の半導体記憶装置で、電力供給がなくとも記憶されたデータは失われない。そして蓄積された画像情報のデジタル信号はマイクロプロセッサ２８によって処理され、デジタルインターフェイス２９を経由して外部にデータ転送される。また、デジタルカメラ自身でデジタル信号を表示する場合には、蓄積された画像データをＤ／Ａコンバータ３０経由で液晶パネル３１へと送られ、液晶パネルドライバ３２によって液晶パネル３１で表示される。

　次に、この回路に用いられているオートアイリス３３について説明する。

　本発明の装置は0.5cmと非常に薄いパッケージ内に収納されているため、通常のデジタルカメラで搭載されているような絞り（アイリス）を備えていない。従って、ＣＣＤ２０に照射される光量の制御はオートアイリス３３で行われている。すなわち、オートアイリス３３はシャッタボタンを押すと、ＣＣＤに照射された光量を測定し、それによってＣＣＤの光取込時間を制限する機能を持っている。

　なお、今まで述べた本実施の形態においては、コンピュータとのインターフェイス、小型化、携帯性を考慮した上でPCMCIAと言うPCカードの規格に準じた形状のものを採用したが、外形状はこれに限らない。使用する用途に応じて、形状を変えても構わない。例えば、ＣＣＤを１mm角等の非常に小さいものを使用することによって、約２cm²ほどの超小型デジタルカメラを作ることができる。

　また、本実施の形態においては、表示用に液晶パネルを用いたが、平面的な表示方法ならいかなる表示方法でもよいし、また、装置本体にデジタルインターフェイスが既に備えているため、表示装置を省略することもできる。この場合、表示用の電源が不必要となるので、さらに携帯性に優れた装置を提供することができ、また低価格な装置が提供できる。

　（実施の形態２）
　次に、本発明の画像入力表示装置の第２の実施の形態について説明する。

　本実施の形態は、ＣＣＤと画像データを記録する強誘電体等を用いた不揮発性半導体記録装置を、同一配線基板上に実装するものである。この場合、ＣＣＤや不揮発性半導体記録装置の配線基板への実装は、シリコン基板等で形成された半導体チップ状態であってもよいし、樹脂等で封止されたパッケージ状態であってもよい。

　このように、不揮発性半導体記録装置を画像入力表示装置内に内装することによって、従来、フラッシュメモリを内蔵したメモリカードを外部より装填していたのを、そのよう
なことをする必要がなくなり、装置を小型化にすることができる。

　また、本発明は、ＣＣＤと不揮発性半導体記録装置に、さらに、外部の画像出力装置に接続するデジタルインターフェイスも、同一配線基板上に実装するものである。この場合も、デジタルインターフェイスは、シリコン等で形成された半導体チップ状態であってもよいし、樹脂等で封止されたパッケージ状態であってもよい。

　このように、さらにデジタルインターフェイスも配線基板に内装することによって、パソコン等の画像表示装置に容易に接続できるとともに、従来のように専用の接続装置を経由することなく接続でき、飛躍的に便利となる。なお、デジタルインターフェイスをPCMCIAの標準規格に基づくものにすることによって、いかなるパソコンにも接続できる。

　また、デジタルインターフェイスも配線基板に内装することによって、デジタルカメラ本体に液晶パネル等の画像表示装置を必ずしも搭載しなくてもよく、搭載しない場合には、デジタルカメラ本体の重量や消費電力を大幅に削減できる。さらに、小型の電池が使用できるため、デジタルカメラ本体を小型化にできる。

　（実施の形態３）
　次に、本発明の画像入力表示装置の第３の実施の形態について説明する。

　本実施の形態は、画像が入力されるＣＣＤが実装された配線基板に、半導体ロジック回路と半導体メモリ回路とが実装されたものである。この構成によれば、配線基板上に半導体ロジック回路と半導体メモリ回路が配線されているため、画像情報を複数記録しておくことができるし、記録された画像情報の相互的な比較もできる。このことを利用して、入出門管理カードなどの応用に使用できる。

　例えば、発行時に個人の顔写真や指紋の情報を予め半導体メモリ回路に記録させておく。その後、セキュリティーを要する部屋などに入門するときに、再度顔や指紋の画像情報を入力し、予め登録された情報と比較する。半導体ロジック回路を用いて画像認識アルゴリズムなどを使って、比較し、同一人物か否かを判定する。

　さらに、セキュリティーを向上させるために、暗号アルゴリズムなど、通常使用されているようなセキュリティー機能も半導体メモリ回路に蓄積することが容易である。

本発明の画像入力表示装置の表面側と裏面側から見た斜視図 本発明の画像入力表示装置のＣＣＤや半導体チップが実装された配線基板の正面概略図 本発明の画像入力表示装置のＣＣＤや半導体チップが実装された配線基板の側面概略図 本発明の画像入力表示装置の電気回路のブロック図 従来の画像入力表示装置の表面側と裏面側から見た斜視図

符号の説明

　１、９　デジタルカメラ本体
　２、１０　レンズ
　３、１１　ファインダー
　４、１２　シャッタボタン
　５　フラッシュ
　６　記録媒体を挿入する部分
　７、１３　表示用液晶パネル
　８、１４　インターフェイス部
　１５　配線基板
　１６　ＣＣＤ
　１７　半導体チップ
　１８　金属細線

Claims (1)

1. 　画像が入力される電荷結合素子が実装された配線基板上に、半導体ロジック回路と半導体メモリ回路とが実装され、前記半導体ロジック回路は、入力された画像情報と予め記憶されている画像情報とをパターン認識等によってそれぞれの画像の違いを比較し、比較結果を出力する手段を有することを特徴とする画像入力装置。
   

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