JP2008048388A - 撮像ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供すること。
【解決手段】撮像センサチップと撮像センサチップを移動させるためのアクチュエート部とを同一空間に密封することにより、小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像ユニットおよび撮像装置に関し、特に撮像センサチップと撮像センサチップを移動させるためのアクチュエート部とが同一空間に密封された撮像ユニットおよび撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の普及により、カメラモジュールの小型化と高性能化が進み、小型カメラモジュールであっても、ＡＦ、ズーム、手ぶれ補正といった高機能が必須となってきている。それに伴い、カメラモジュール内でレンズや撮像素子を移動させるための小型アクチュエータが求められている。さらに、ＤＶＤ等の記録再生のための光ピックアップ用補正駆動等の用途においても、アクチュエータは小型化の一途を辿っている。

近年進歩の著しい小型アクチュエータとしては、例えば圧電素子を駆動源としたリニアアクチュエータ（ＳＩＤＭ：Ｓｍｏｏｔｈ Ｉｍｐａｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）や、紐状の形状記憶合金（ＳＭＡ：Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙｓ）、さらには、高分子アクチュエータといったものがあげられる。

中でも、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術と呼ばれる集積回路技術を応用した微細加工技術を用いた静電アクチュエータが注目されており、例えば、櫛歯型の静電アクチュエータを用いて撮像素子を移動させることで手振れを補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１３３７３０号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、撮像センサチップはセンサパッケージ内に実装されており、センサパッケージをフレキシブル基板上に実装し、フレキシブル基板を櫛歯型の静電アクチュエータからなる手振れ補正機構上に搭載する、といった構造になっており、撮像センサチップ、センサパッケージ、フレキシブル基板および静電アクチュエータがそれぞれ別体で作製されているため、静電アクチュエータによって駆動される被駆動物は大きくて重いものとなり、力量を確保するために静電アクチュエータも必然的に大型化せざるをえず、小型カメラモジュールや光ピックアップに組み込むには不適切である。

また、静電アクチュエータのゴミ対策についても何も示されていないが、櫛歯型の静電アクチュエータにとってはゴミ対策は必須項目であり、静電アクチュエータ部全体を密閉する必要があり、手振れ補正装置がさらに大型化するという問題がある。

一般に、アクチュエータを小型化するためには、次の課題がある。
１）駆動負荷（被駆動体質量、機構の摩擦、電気配線、空気の対流等）の低減。
２）組立の簡略化。
３）ゴミの低減。
以下に、それぞれについて述べる。

１）アクチュエータは、一般的に、自身の体積が小さくなるにつれて発生力が小さくなる。例えば現在実現されている、撮像センサを移動させるタイプの手ぶれ補正機構においては、被駆動体である撮像センサユニットの質量は軽いものでも３ｇ程度あり、それに機構の摩擦やばねによる負荷、また撮像センサからの電気信号を外部に伝達するためのフレキシブル基板の負荷等も合わせると０．１Ｎ程度の負荷になるのが一般的である。

そして、これらの負荷を駆動するためのアクチュエータの体積は、概ね３００ｍｍ³とかなり大きなものである。小型カメラユニットや光ピックアップの撮像センサユニット駆動用のアクチュエータとしてはこの大きさは致命的であるため、これらを達成するためには撮像センサユニットの軽量化および低負荷化は必要不可欠である。

２）例えば現在実現されている、撮像センサを移動させるタイプの手ぶれ補正機構においては、アクチュエータや補正機構を構成する部品は２０点程度あり、これらの部品を接合している部分も同程度存在する。小型カメラユニットや光ピックアップへの搭載を考えると、これらの接合を精度良くしかも短時間に実現することは従来技術の延長では非常に困難であり、改善が必要不可欠である。

３）上述したように、超小型のアクチュエータとして現在最も一般的に知られているのは静電アクチュエータであるが、例えば上述した櫛歯型の静電アクチュエータは、固定櫛歯と移動櫛歯の間隔が数μｍ程度と非常に狭いので、動作を保証するためにはミクロンオーダーのゴミの進入を防ぐ密閉構造が必要不可欠である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．固定基板と、移動基板と、前記移動基板を前記固定基板に対して移動させるアクチュエータとを含むアクチュエート部と、
表面に撮像面を有し、前記撮像面の裏面の少なくとも一部が前記移動基板に固定されている撮像センサチップと、
前記アクチュエート部および前記撮像センサチップと外部との信号の授受を行うための外部信号接続部とを備えた撮像ユニットにおいて、
前記アクチュエート部および前記撮像センサチップと前記外部信号接続部とを電気的に接続するための内部信号配線を備え、
前記アクチュエート部、前記撮像センサチップ、前記内部信号配線、および前記外部信号接続部の一部を同一空間に密封したことを特徴とする撮像ユニット。

２．前記同一空間は、前記アクチュエート部、前記撮像センサチップ、前記内部信号配線、および前記外部信号接続部の一部を収納するパッケージと、前記撮像面に光を導くために前記パッケージ上に設けられた光学部材とで形成される空間であることを特徴とする１に記載の撮像ユニット。

３．前記光学部材は、保護ガラスであることを特徴とする２に記載の撮像ユニット。

４．前記光学部材は、前記撮像面に被写体像を結像させるための撮像光学系を構成する部品のうち、前記撮像センサチップに最も近いレンズであることを特徴とする２に記載の撮像ユニット。

５．前記内部信号配線はボンディングワイヤであって、前記撮像センサチップが前記外部信号接続部に対して移動する移動量の最大幅の半分以上弛ませてあることを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像ユニット。

６．前記ボンディングワイヤは、前記撮像センサチップが前記外部信号接続部に対して移動する方向と直交する方向に引き出されていることを特徴とする５に記載の撮像ユニット。

７．前記ボンディングワイヤと前記外部信号接続部との接続点に補強が施されていることを特徴とする５または６に記載の撮像ユニット。

８．前記アクチュエータは、前記固定基板上に固定された固定櫛と、前記移動基板と一体に形成されて前記固定櫛と入れ子構成をなす移動櫛と、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部とから構成されており、
前記固定櫛と前記移動櫛との間に電界が印加されることで、前記固定櫛と前記移動櫛との間に働く引力により前記移動基板が前記固定基板に対して移動されるものであることを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。

９．前記固定櫛および前記移動櫛は、前記撮像センサチップの質量に抗して前記撮像センサチップを移動させる方向と、前記撮像センサチップの質量の作用方向に従って前記撮像センサチップを移動させる方向とで、櫛歯の数を異ならせてあることを特徴とする８に記載の撮像ユニット。

１０．前記アクチュエータは、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部と、前記梁に形成された圧電体とからなることを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。

１１．前記アクチュエータは、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部と、前記梁に形成された形状記憶合金とからなることを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。

１２．前記アクチュエータは、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部と、前記梁に形成された高分子アクチュエータとからなることを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。

１３．撮像光学系と、
１乃至１２の何れか１項に記載の撮像ユニットとを備えたことを特徴とする撮像装置。

本発明によれば、撮像センサチップと撮像センサチップを移動させるためのアクチュエート部とを同一空間に密封することにより、小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

まず、本発明における撮像装置の一例であるデジタルカメラについて、図１を用いて説明する。図１は、デジタルカメラおよび手振れ補正手段の構成と、手振れ補正の原理とを示す模式図である。

図１に示すように、手振れ補正手段１０はデジタルカメラ１に搭載されて用いられる。デジタルカメラ１は、カメラ本体２と、撮影レンズ４等を含む光学系である鏡胴３とから構成される。手振れ補正手段１０は、図２以降で詳述するように、ＣＣＤなどの撮像センサチップ１６が内蔵され、鏡胴３の端に取りつけられる。

そして、撮影中にデジタルカメラ１が例えば上下にブレて、鏡胴３に入射する光軸Ｌが矢印５で示すように上下にずれた場合、ジャイロセンサ等の手振れセンサ２０によってブレが検知され、手振れセンサ２０の出力に従って、撮像センサチップ１６を矢印６に示すように上下に移動させることで光軸Ｌのずれを補正する。水平方向のブレについても同様である。ここに、手振れ補正手段１０は本発明における撮像ユニットとして機能する。

次に、手振れ補正手段１０の要部であるアクチュエート部１００の第１の実施の形態について、図２乃至図５を用いて説明する。まず、手振れ補正手段１０の構成について説明する。図２は、手振れ補正手段１０を光軸Ｌ側から見た模式図であり、図３は、手振れ補正手段１０を図２のＡ−Ａ’断面で切り取った断面模式図である。

図２および図３において、手振れ補正手段１０は、撮像センサチップ１６、アクチュエート部１００、ダイフレーム２０５、リードフレーム２０１、パッケージ２０３および保護ガラス２０４等からなる。ここに、リードフレーム２０１は、本発明における外部信号接続部として機能する。

本第１の実施の形態においては、アクチュエート部１００は、固定基板１０１、移動基板１０２および櫛歯型のアクチュエータ１１０等からなり、アクチュエータ１１０は、固定基板１０１に固定された固定櫛１０４と、移動基板１０２と一体に形成された移動櫛１０５、梁１０３及び梁固定部１０６等からなり、例えばシリコン（Ｓｉ）を主材料として上述したＭＥＭＳ技術により作製される。

ＭＥＭＳ技術とは、集積回路技術を応用したマイクロマシニング技術を利用してμｍ単位のマイクロセンサやアクチュエータ及び電気機械的構造物を作製する分野を意味し、マイクロマシニング技術により作製された微細機械は、ｍｍ以下のサイズ及びμｍ以下の精密度を具現することができるとともに、図２に示したように、入れ子構成の櫛歯形状のような複雑な機構を一括した工程で同時に高精度で作製できるため、安価で組立や調整の工程も不要である。

本第１の実施の形態では、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる固定基板１０１上に犠牲層と呼ばれるシリコンの酸化膜（ＳｉＯ₂）を選択的に積み、その上に、不純物を高濃度にドープされて導電性を持つシリコン（Ｓｉ）からなる構造層を積み上げ、構造層をエッチングして移動基板１０２、梁１０３、固定櫛１０４、移動櫛１０５および梁固定部１０６を同時に作製し、犠牲層エッチングで犠牲層を除去して移動基板１０２、梁１０３及び移動櫛１０５を固定基板１０１から浮いた状態に形成する。

つまり、移動基板１０２、梁１０３及び移動櫛１０５は固定基板１０１との間に隙間１６１を有して浮いた状態であり、梁１０３の中央部に形成された梁固定部１０６によって固定基板１０１に固定されている。固定基板１０１はダイフレーム２０５に接着剤等により固定されている。

なお、犠牲層エッチング技術については、例えば［（株）豊田中央研究所「ＭＥＭＳ用犠牲層ドライエッチング技術」ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｙｔｌａｂｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｊａｐａｎｅｓｅ／ｔｅｃｈ／ｓｙｓ＿ｍｅｍｓ．ｐｄｆ＃ｓｅａｒｃｈ＝’％Ｅ７％８Ａ％Ａ０％Ｅ７％８９％Ｂ２％Ｅ５％Ｂ１％Ａ４’（平成１８年７月１８日検索）］等に詳述されている。

固定櫛１０４と移動櫛１０５とは入れ子構成の櫛歯形状になっており、固定櫛１０４と移動櫛１０５との間に電界を印加することにより、固定櫛１０４と移動櫛１０５との間に発生する引力によって移動櫛１０５が図２の矢印６の方向に移動する。固定櫛１０４と移動櫛１０５とに電界を印加することによる動作については、図５で説明する。

撮像センサチップ１６はシリコン（Ｓｉ）を主材料として半導体製造プロセスで作製され、その表面に撮像面１６ａおよびボンディングパッド１６ｂを備え、上述したＭＥＭＳ技術により作製されたアクチュエート部１００の移動基板１０２上に搭載され、撮像センサチップ１６の撮像面１６ａの裏面と移動基板１０２の表面とが例えば直接接合技術により接合されている。

直接接合技術とは接着剤を用いない接合方法で、同種材料間の表面間引力を利用した接合方法であり、接合後の強度や歪や傾きの少なさ、接合の簡便性、省スペース等に優れている。本例においては、移動基板１０２も撮像センサチップ１６もシリコンからできていることから、直接接合技術による接合が可能となり上述したメリットを得ることができる。なお、直接接合技術については、例えば［独立行政法人産業技術総合研究所「ウェハ直接接合技術」ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｆｆ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｔａｋａｇｉ．ｈｉｄｅｋｉ／ｗａｆｅｒｂｏｎｄｉｎｇ．ｈｔｍｌ（平成１８年７月１８日検索）］等に詳述されている。

撮像センサチップ１６のボンディングパッド１６ｂとリードフレーム２０１との間には、撮像センサチップ１６からの信号をリードフレーム２０１に伝えるためのボンディングワイヤ２０２が張られている。また、固定櫛１０４および移動櫛１０５とリードフレーム２０１との間にも、固定櫛１０４と移動櫛１０５との間に電界を印加するためにボンディングワイヤ２０２が張られている。ここに、ボンディングワイヤ２０２は、本発明における内部信号配線として機能する。

リードフレーム２０１は図示しない回路基板にはんだ付けされることで、撮像センサチップ１６からの画像信号や固定櫛１０４及び移動櫛１０５への電界印加のための信号の送受信を可能にしている。

ボンディングワイヤ２０２には、直径数十μｍ（例えば、２５μｍあるいは１５μｍ）の金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）のワイヤが用いられ、図２および図３に示したのは金（Ａｕ）のワイヤの例である。通常は、撮像センサチップ１６のボンディングパッド１６ｂ側はボールボンドと呼ばれる、熱で溶かされてボール状になった金（Ａｕ）のワイヤをボンディングパッド１６ｂに押しつけて接続する方法がとられ、リードフレーム２０１側はステッチボンドと呼ばれる、超音波をかけながら金（Ａｕ）のワイヤをリードフレーム２０１に擦りつけるようにして接続する方法がとられることが多い。

ボンディングワイヤ２０２は、デジタルカメラ１が図１に示した正立状態にある時に、手振れ補正手段１０の上下方向、つまり図２の上下方向に引き出されている。これによって、ボンディングワイヤ２０２のばね性を利用して、撮像センサチップ１６や移動基板１０２等の移動部分の質量による、撮像センサチップ１６の撮像面１６ａの中心と光軸Ｌのズレ（所謂センタズレ）を低減することができる。

また、このように撮像センサチップ１６の移動方向と垂直方向にボンディングワイヤ２０２を引き出すことで、撮像センサチップ１６の移動方向と同じ方向にボンディングワイヤ２０２を引き出すよりも、撮像センサチップ１６の移動によってボンディングワイヤ２０２が揺すられることによる歪みの蓄積や金属疲労を低減することができる。

さらに、撮像センサチップ１６が移動した際にボンディングワイヤ２０２によって発生される負荷を等しくするために、ボンディングワイヤ２０２が圧縮される側と引張られる側のワイヤのばね性を等しくしている。ボンディングワイヤ２０２のばね性を等しくするためには、ボンディングワイヤ２０２の本数、長さ、太さ、引出し角度、あるいはそれらの合成力を等しくすればよい。

また、手振れ補正動作においては、もちろん撮影レンズ４の画角や撮像素子の画素サイズ等の条件により異なるが、撮像センサチップ１６の移動量は幅で数十μｍから数百μｍ程度である。本第１の実施の形態においては、手振れ補正動作に伴って撮像センサチップ１６がリードフレーム２０１に対して矢印６の方向に移動するため、撮像センサチップ１６が移動してもボンディングワイヤ２０２が断線したりボンディングが外れたりしないようにする必要がある。

そのため、ボンディングワイヤ２０２を撮像センサチップ１６のボンディングパッド１６ｂにボンディングした後、ワイヤの高さ方向のピークが撮像センサチップ１６の近くに来るように（例えば図３に示したように、ピークの位置Ｙが撮像センサチップ１６のボンディングパッド１６ｂとリードフレーム２０１上のボンディング位置との距離Ｘの半分（Ｘ／２）よりも小さくなるように）し、撮像センサチップ１６の移動量の最大幅の半分以上弛ませるようにして張ることが望ましい。

また、上述したように、撮像センサチップ１６の移動を繰り返すことに伴って、ボンディングワイヤ２０２の疲労による断線やボンディングの外れが発生する可能性がある。特にリードフレーム２０１側のステッチボンドは、ボンディングパッド１６ｂ側のボールボンドに比べてボンディング時の応力による歪みが多く残留していると考えられるため、断線や外れが発生する可能性が高いと考えられる。それを回避するために、図２および図３に示したように、リードフレーム２０１側のボンディング部にはシリコン樹脂等によるポッティング１５１を施し、ボンディング部の補強を行うことが望ましい。

以上に述べた手振れ補正手段１０の各構成要素、具体的にはアクチュエート部１００、撮像センサチップ１６、ダイフレーム２０５、リードフレーム２０１、ボンディングワイヤ２０２は、ダイフレーム２０５およびリードフレーム２０１の先端の一部分を除き、全てパッケージ２０３と保護ガラス２０４とによって作られる空間に密封されている。手振れ補正手段１０の組立は、例えばクリーンルームあるいはクリーンベンチ等の中で行われ、パッケージ２０３と保護ガラス２０４とによって作られる空間へのゴミの進入はなく、密封によって、アクチュエート部１００や撮像センサチップ１６をゴミから保護することができる。

また、密封することで空気の対流もなくなるため、アクチュエート部１００に対する空気の対流による負荷のばらつきを低減することもできる。

なお、本例では、図３に示すように、保護ガラス２０４によって撮像センサチップ１６およびアクチュエート部１００の密封を保っているが、図４に示すように、保護ガラス２０４の代わりに撮影レンズ４を構成する各レンズのうち最も撮像センサチップ１６に近いレンズ４１によって密封を保ってもよい。

次に、手振れ補正手段１０の動作について説明する。図５は、本第１の実施の形態における静電アクチュエータの駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。

図２および図５において、矢印６の＋側に位置している固定櫛１０４を＋側固定櫛１０４ｐ、矢印６の−側に位置している固定櫛１０４を−側固定櫛１０４ｍとする。梁固定部１０６はボンディングによりダイフレーム２０５と一体に形成されたリードフレーム２０１に接続され、パッケージ２０３の外部で接地される。

図５のタイミングＴ１に示すように、＋側固定櫛１０４ｐに＋Ｅの電界を印加すると、＋側固定櫛１０４ｐと移動櫛１０５の間に静電力による引力が発生し、移動櫛１０５すなわち移動基板１０２が矢印６の＋方向に移動する。この時、梁固定部１０６で固定基板１０１に中央部が固定された梁１０３が撓ることで、梁１０３が移動基板１０２の矢印６方向のみへの移動を担保する。つまり、移動基板１０２は矢印６の＋方向に完全に平行移動し、矢印６に垂直な方向には移動しない。

タイミングＴ２のように＋側固定櫛１０４ｐに印加される電界を＋Ｅに保持すると、静電力による引力と梁１０３の撓りによる力とのバランスにより移動基板１０２は静止する。タイミングＴ３において、＋側固定櫛１０４ｐへの電界の印加を停止すると、静電力による引力がなくなり、梁１０３の復元力により移動基板１０２は元の位置に復帰する。

次に、タイミングＴ４において、−側固定櫛１０４ｍに＋Ｅの電界を印加すると、−側固定櫛１０４ｍと移動櫛１０５の間に静電力による引力が発生し、移動櫛１０５すなわち移動基板１０２が矢印６の−方向に移動する。この時も梁１０３が撓ることで、梁１０３が移動基板１０２の矢印６方向のみへの移動を担保する。

タイミングＴ５のように−側固定櫛１０４ｍに印加される電界を＋Ｅに保持すると、静電力による引力と梁１０３の撓りによる力とのバランスにより移動基板１０２は静止する。タイミングＴ６において、−側固定櫛１０４ｍへの電界の印加を停止すると、静電力による引力がなくなり、梁１０３の復元力により移動基板１０２は元の位置に復帰する。

つまり、手振れ補正手段１０は、移動基板１０２を移動させようとする方向の固定櫛に電界を印加することにより、手振れによる画像劣化を補正することができ、電界の印加を停止することで、梁１０３の復元力により移動基板１０２が最初の位置に復帰するようになる。

なお、本第１の実施の形態においては、説明を簡単にするために、移動基板１０２が矢印６方向（図２の左右方向）のみに移動可能な構成を例示したが、この構成と同等の構成が固定基板１０１とダイフレーム２０５との間に配設されることで、移動基板１０２は矢印６と直交する方向（図２の上下方向）にも移動可能となる。

また、本第１の実施の形態においては、移動基板１０２の撮像センサチップ１６の裏面に対向する部分は、全面撮像センサチップ１６と接合されているが、接合を部分的にし、撮像センサチップ１６の裏面に対向する部分の一部に梁１０３、固定櫛１０４および移動櫛１０５の一部を作製することで、図２に示したよりもさらに光軸Ｌ側から見た投影面積を小さくすることが可能である。この考え方をさらに延長して、撮像センサチップ１６の裏面にアクチュエート部１００を全て作製する例を図６で後述する。

さらに、本第１の実施の形態においては、アクチュエート部１００はシリコン（Ｓｉ）を主材料としてＭＥＭＳ技術により作製されるとしたが、これに限るものではなく、例えばプラスティックを微細精密成形したものに蒸着等により導電性加工を施したもの、あるいは導電性プラスティックを微細精密成形したもの等であってもよい。

以上のように構成された手振れ補正手段１０は、デジタルカメラ１に設置された手振れセンサ２０によって検出される使用者の手振れなどによるデジタルカメラ１の振動量と速度に応じて、固定櫛１０４と移動櫛１０５の間に印加される電界Ｅが制御されることで移動基板１０２上に搭載された撮像センサチップ１６が移動され、光軸Ｌのずれが補正される。

上述したように、本第１の実施の形態によれば、ＭＥＭＳ技術でアクチュエート部を作製することで複雑なアクチュエート部を一括した工程で同時に高精度で作製でき、安価で組立や調整の工程も不要となる。また、撮像センサチップをアクチュエート部の上に搭載することにより、パッケージや実装基板等を介することなく撮像センサチップとアクチュエート部とを結合できるために、アクチュエート部を小型化することができ、小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

さらに、撮像センサチップとアクチュエート部とを同一パッケージ内に密封することでゴミの影響を排除することができ、小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。また、アクチュエート部の駆動も電界を印加するだけと簡単であり、制御も容易である。

加えて、ボンディングワイヤの引き出し方向や、弛ませ方、さらにはボンディング部のポッティングによる補強等の工夫により、撮像センサチップをアクチュエート部の上に搭載し、撮像センサチップとアクチュエート部とを同一パッケージ内に密封して撮像センサチップを移動させることによるボンディングワイヤの断線を防止することができ、信頼性の向上に寄与する。

次に、アクチュエート部１００の第２の実施の形態について、図６を用いて説明する。図６は、アクチュエート部１００の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図６（ａ）はアクチュエート部１００を光軸Ｌ側から見た模式図、図６（ｂ）は図６（ａ）および（ｃ）に示したＢ−Ｂ’断面の模式図、図６（ｃ）は図６（ａ）の裏面側から見た模式図である。本第２の実施の形態においては、アクチュエート部１００は撮像センサチップ１６の撮像面１６ａの裏面側に構成され、アクチュエータ１１０は、固定櫛５０４、移動櫛５０５、梁５０３および梁固定部５０６等からなる。

図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、例えばシリコン（Ｓｉ）を主材料として半導体製造プロセスで作製された撮像センサチップ１６の裏面上に犠牲層と呼ばれるシリコンの酸化膜（ＳｉＯ₂）を選択的に積み、その上にシリコン（Ｓｉ）を主材料とする構造層を積み上げ、構造層をエッチングして移動基板５０２、梁５０３、固定櫛５０４、移動櫛５０５および梁固定部５０６を同時に作製し、犠牲層エッチングで犠牲層を除去して移動基板５０２、梁５０３及び移動櫛５０５を撮像センサチップ１６の裏面から浮いた状態に形成する。

つまり、移動基板５０２、梁５０３及び移動櫛５０５は撮像センサチップ１６の裏面との間に隙間５６１を有して浮いた状態であり、梁５０３の中央部に形成された梁固定部５０６によって撮像センサチップ１６の裏面に固定されている。また、移動基板５０２は固定基板５０１に接着剤等により固着されている。

なお、図６（ｂ）の断面図においては、図面を見やすくするために、移動基板５０２、固定櫛５０４および移動櫛５０５の断面部のみにハッチングを施してある。

動作は図５に示したと同様であり、図５の移動基板１０２を移動基板５０２に、固定櫛１０４ｐおよび１０４ｍを固定櫛５０４ｐおよび５０４ｍに読み替えて、固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５との間に電界Ｅが印加されることで固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５との間に静電力による引力が発生し、固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５とが引き合うことで、固定櫛５０４ｐおよび５０４ｍが固定されている撮像センサチップ１６と移動櫛５０５が固定されている固定基板５０１との位置関係が相対的に移動する。

図６（ｃ）に示した固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５の形態は、撮像センサチップ１６を図１に示したデジタルカメラ１の上下方向（矢印６の方向）に移動させることを想定した例で、撮像センサチップ１６およびアクチュエート部１００の質量に抗して撮像センサチップ１６を上方向に移動させるための固定櫛５０４ｐとそれに対向する移動櫛５０５の櫛歯の数を、撮像センサチップ１６およびアクチュエート部１００の質量の作用方向である下方向に撮像センサチップ１６を移動させるための固定櫛５０４ｍとそれに対向する移動櫛５０５の櫛歯の数よりも多くしてある。

本第２の実施の形態の固定基板５０１を図２に示した第１の実施の形態の移動基板１０２上に搭載することで、本第２の実施の形態により図２の上下方向の移動を実現し、第１の実施の形態により図２の左右方向の移動を実現することで、撮像センサチップ１６を２次元的に移動させることも可能である。

さらに、撮像センサチップ１６上あるいは固定基板５０１上には、上述したアクチュエート部１００のみならず、固定基板５０１に対する撮像センサチップ１６の位置を検出する位置センサや、デジタルカメラ１の振れを検出する手振れセンサ２０等のセンサ類など、半導体製造プロセスで形成可能な機能を一体的に構成することも可能である。

上述したように、本第２の実施の形態によれば、アクチュエート部を撮像センサチップの裏面上に作製することで、アクチュエート部を第１の実施の形態よりもさらに小型化することが可能であり、また、第１の実施の形態と組み合わせて、あるいは本第２の実施の形態を２階建てにすることで２次元のアクチュエート部を実現することも可能である。また、アクチュエート部の駆動も電界を印加するだけと簡単であり、制御も容易である。さらに、櫛歯の数を負荷に合わせて最適化することで、最適な移動性能を得ることができる。

次に、アクチュエート部１００の第３の実施の形態について図７を用いて説明する。図７はアクチュエート部１００の第３の実施の形態の構成を示す模式図で、図７（ａ）は撮像素子１６の撮像面１６ａ側から見た正面図で、図７（ｂ）は図７（ａ）の矢印Ｃ側から見た側面図である。

上述した第１および第２の実施の形態では固定櫛１０４あるいは５０４と移動櫛１０５あるいは５０５との間に発生する静電力を利用したアクチュエート部を例示したが、アクチュエート部はこれに限るものではなく、ＭＥＭＳ技術で形成可能な他の駆動メカニズムでアクチュエート部１００を構成してもよい。ここでは、圧電薄膜の圧電現象を利用したアクチュエート部を例示する。

図７（ａ）および（ｂ）において、例えばシリコン（Ｓｉ）を主材料として半導体製造プロセスで作製された撮像センサチップ１６は、不純物を高濃度にドープされたシリコン（Ｓｉ）を主材料とする移動基板３０２上に搭載され、直接接合技術あるいは接着等の方法により接合されている。移動基板３０２には２本の足状の梁３０３が設けられており、移動基板３０２および梁３０３は、固定基板３０１に対して微少な隙間３６１を隔てて、固定基板３０１上に梁固定部３０６で固定されている。

固定基板３０１は、シリコン（Ｓｉ）やガラス等からなる。移動基板３０２の２本の梁３０３にはそれぞれ圧電薄膜３０４が形成されている。圧電薄膜を形成する方法に関してはスパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等がある。本第３の実施の形態においては、アクチュエータ１１０は、梁３０３、梁固定部３０６および圧電薄膜３０４等からなり、圧電薄膜３０４は、本発明における圧電体として機能する。また、圧電体は圧電薄膜に限るものではなく、通常の単層あるいは多層の圧電アクチュエータであってもよい。

図７に示したアクチュエート部１００および撮像センサチップ１６が、図２乃至図４に示したと同様に、パッケージ２０３内のダイフレーム２０５上に実装され、ワイヤボンディングされた後に、パッケージ２０３と保護ガラス２０４あるいはレンズ４１とで形成される同一空間に密封される。

また、圧電薄膜３０４の表面には電極が形成されている。移動基板３０２は不純物を高濃度にドープされて導電性を持っており、梁固定部３０６で接地されている。梁３０３と圧電薄膜３０４の間には接着剤等の介在物がないので梁３０３は圧電薄膜３０４の共通電極の役割を果たしている。

今、図７の矢印６の＋側に位置している圧電薄膜３０４を＋側圧電薄膜３０４ｐ、矢印６の−側に位置している圧電薄膜３０４を−側圧電薄膜３０４ｍとする。＋側圧電薄膜３０４ｐの電極に負の電圧を印加すると、＋側圧電薄膜３０４ｐは矢印６に直交する方向に縮むため梁３０３は図の右側に曲げられ、移動基板３０２は矢印６の＋方向に移動される。この時、梁３０３が移動基板３０２の矢印６方向のみへの移動を担保する。＋側圧電薄膜３０４ｐへの電圧の印加を停止すると、梁３０３の復元力により移動基板３０２は元の位置に復帰する。梁３０３の幅ｄは数μｍから数十μｍ程度と非常に細いため、圧電薄膜３０４の駆動力でも十分駆動可能である。

次に、−側圧電薄膜３０４ｍに負の電圧を印加すると、−側圧電薄膜３０４ｍは矢印６に直交する方向に縮むため梁３０３は図の左側に曲げられ、移動基板３０２は矢印６の−方向に移動する。この時も梁３０３が移動基板３０２の矢印６方向のみへの移動を担保する。−側圧電薄膜３０４ｍへの電圧の印加を停止すると、梁３０３の復元力により移動基板３０２は元の位置に復帰する。

本第３の実施の形態においてはアクチュエート部に圧電薄膜を用いた例を説明したが、圧電薄膜の代わりに、前述した形状記憶合金（ＳＭＡ）や高分子アクチュエータを用いることも可能である。その場合も、図７の圧電薄膜３０４の位置に形状記憶合金の薄膜や高分子の薄膜を形成し、電流の印加による加熱（形状記憶合金の場合）や電界の印加による変形（高分子アクチュエータの場合）を、電流あるいは電界を制御することによりアクチュエート部の動作を制御すればよい。

また、本第３の実施の形態においては、移動基板３０２、梁３０３および梁固定部３０６はシリコン（Ｓｉ）を主材料としてＭＥＭＳ技術により作製されるとしたが、これに限るものではなく、例えば金属板をエッチング等で加工することにより作製してもよい。

上述したように、本第３の実施の形態によれば、固定基板３０１上に梁３０３を備えた移動基板３０２を梁固定部３０６で固定し、梁３０３上に圧電薄膜３０４を形成するといった非常に単純な構成で小型のアクチュエート部１００を実現でき、アクチュエート部１００の駆動も圧電薄膜３０４に電圧を印加するだけと簡単で、制御もしやすい。

次に、アクチュエート部１００の第４の実施の形態について図８を用いて説明する。図８はアクチュエート部１００の第４の実施の形態の構成を示す模式図である。

上述した第１の実施の形態では、撮像センサチップ１６とリードフレーム２０１とをボンディングワイヤ２０２で直接接続したので、撮像センサチップ１６の移動によってボンディングワイヤ２０２が揺すられることに対する配慮が必要であった。本第４の実施の形態では、その必要がない方法について述べる。

本第４の実施の形態においては、上述した図６の第２の実施の形態と同様に、アクチュエート部１００は撮像センサチップ１６の撮像面１６ａの裏面側に構成され、アクチュエータ１１０は、固定櫛５０４、移動櫛５０５および梁５０３等からなる。

図８において、撮像センサチップ１６の撮像面１６ａの裏面には、図６とは逆に、移動基板５０２および移動櫛５０５が接着等で固定されている。移動基板５０２には螺旋状の形状をした梁５０３が対向する２方向に延びて、パッケージ２０３の内側側面２０３ｂに当接している。即ち、移動基板５０２および梁５０３を介して、撮像センサチップ１６が、梁５０３のパッケージ２０３の内側側面２０３ｂへの当接位置でパッケージ２０３の内部に支持されていることになる。

一方、固定櫛５０４（５０４ｍおよび５０４ｐ）は、撮像センサチップ１６の撮像面１６ａの裏面から浮いた状態で、パッケージ２０３の底面２０３ａに固定されている。移動基板５０２、移動櫛５０５、梁５０３および固定櫛５０４の形成方法は、図６で説明したと同様である。

動作は図５に示したと同様であり、図５の移動基板１０２を移動基板５０２に、固定櫛１０４ｐおよび１０４ｍを固定櫛５０４ｐおよび５０４ｍに読み替えて、固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５との間に電界Ｅが印加されることで固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５との間に静電力による引力が発生し、固定櫛５０４ｐまたは５０４ｍと移動櫛５０５とが引き合うことで、移動櫛５０２が固定されている撮像センサチップ１６と固定櫛５０４が固定されているパッケージ２０３との位置関係が相対的に移動し、撮像センサチップ１６は図の矢印６の方向に移動する。

撮像センサチップ１６の各信号は、ボンディングパッド１６ｂからボンディングワイヤ２０２を介して移動基板５０２上の図示しないボンディングパッドに接続され、同じく図示しない梁５０３上の配線を介して梁５０３のパッケージ２０３の内側側面２０３ｂへの当接位置からパッケージ２０３に設けられた端子に接続される。

上述したように、本第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態で述べたと同等の効果が得られる。さらに、ボンディングワイヤ２０２は、撮像センサチップ１６と、撮像センサチップ１６と共に移動する移動基板５０２とを結線しているので、撮像センサチップ１６の移動によってボンディングワイヤ２０２が揺すられることはなく、第１の実施の形態のようにポッティング等によってボンディング部を補強する必要がない。

最後に、本発明における外部信号接続部の別法について図９を用いて説明する。図９は、外部信号接続部の別法を説明するための模式図である。

図９において、パッケージ２０３内に配置された、アクチュエート部１００を構成するアクチュエータ１１０の上には、撮像センサチップ１６が搭載され、アクチュエータ１１０と撮像センサチップ１６とは、保護ガラス２０４によってパッケージ２０３内に封止されている。

撮像センサチップ１６の各信号は、ボンディングパッド１６ｂから、ボンディングワイヤ２０２によって、パッケージ２０３のボンディングパターン２１１に接続され、パッケージ２０３の内部に設置した信号ライン２１３を通って、パッケージ２０３の底部にある端子２１５に接続される。ここに、ボンディングパターン２１１、信号ライン２１３および端子２１５は、本発明における外部信号接続部として機能する。このように、図２乃至図４に示したリードフレーム２０１を用いた方法以外の方法によっても、撮像センサチップ１６とパッケージ２０３外とを接続することが可能である。

以上に述べたように、本発明によれば、撮像センサチップと撮像センサチップを移動させるためのアクチュエート部とを同一空間に密封することにより、小型カメラモジュールや光ピックアップ等への組み込みに適した、小型軽量で、組立が簡単で、ゴミの影響を受けない撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

尚、本発明に係る撮像ユニットおよび撮像装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

デジタルカメラおよび手振れ補正手段の構成と、手振れ補正の原理とを示す模式図である。 手振れ補正手段を光軸側から見た模式図である。 手振れ補正手段を図２のＡ−Ａ’断面で切り取った断面模式図である。 手振れ補正手段を図２のＡ−Ａ’断面で切り取った断面模式図の別の例である。 アクチュエート部の第１の実施の形態における静電アクチュエータの駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。 アクチュエート部の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。 アクチュエート部の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。 アクチュエート部の第４の実施の形態の構成を示す模式図である。 外部信号接続部の別法を説明するための模式図である。

符号の説明

１ デジタルカメラ
２ カメラ本体
３ 鏡胴
４ 撮影レンズ
７ 屈曲ミラー
１０ 手振れ補正手段
１６ 撮像センサチップ
１６ａ 撮像面
１６ｂ ボンディングパッド
２０ 手振れセンサ
１００ アクチュエート部
１０１ 固定基板
１０２ 移動基板
１０３ 梁
１０４ 固定櫛
１０５ 移動櫛
１０６ 梁固定部
１１０ アクチュエータ
１５１ ポッティング
２０１ リードフレーム
２０２ ボンディングワイヤ
２０３ パッケージ
２０４ 保護ガラス
２０５ ダイフレーム
３０１ 固定基板
３０２ 移動基板
３０３ 梁
３０４ 圧電薄膜
３０６ 梁固定部
５０１ 固定基板
５０２ 移動基板
５０３ 梁
５０４ 固定櫛
５０５ 移動櫛
５０６ 梁固定部

Claims (13)

1. 固定基板と、移動基板と、前記移動基板を前記固定基板に対して移動させるアクチュエータとを含むアクチュエート部と、
   表面に撮像面を有し、前記撮像面の裏面の少なくとも一部が前記移動基板に固定されている撮像センサチップと、
   前記アクチュエート部および前記撮像センサチップと外部との信号の授受を行うための外部信号接続部とを備えた撮像ユニットにおいて、
   前記アクチュエート部および前記撮像センサチップと前記外部信号接続部とを電気的に接続するための内部信号配線を備え、
   前記アクチュエート部、前記撮像センサチップ、前記内部信号配線、および前記外部信号接続部の一部を同一空間に密封したことを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記同一空間は、前記アクチュエート部、前記撮像センサチップ、前記内部信号配線、および前記外部信号接続部の一部を収納するパッケージと、前記撮像面に光を導くために前記パッケージ上に設けられた光学部材とで形成される空間であることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記光学部材は、保護ガラスであることを特徴とする請求項２に記載の撮像ユニット。
4. 前記光学部材は、前記撮像面に被写体像を結像させるための撮像光学系を構成する部品のうち、前記撮像センサチップに最も近いレンズであることを特徴とする請求項２に記載の撮像ユニット。
5. 前記内部信号配線はボンディングワイヤであって、前記撮像センサチップが前記外部信号接続部に対して移動する移動量の最大幅の半分以上弛ませてあることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像ユニット。
6. 前記ボンディングワイヤは、前記撮像センサチップが前記外部信号接続部に対して移動する方向と直交する方向に引き出されていることを特徴とする請求項５に記載の撮像ユニット。
7. 前記ボンディングワイヤと前記外部信号接続部との接続点に補強が施されていることを特徴とする請求項５または６に記載の撮像ユニット。
8. 前記アクチュエータは、前記固定基板上に固定された固定櫛と、前記移動基板と一体に形成されて前記固定櫛と入れ子構成をなす移動櫛と、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部とから構成されており、
   前記固定櫛と前記移動櫛との間に電界が印加されることで、前記固定櫛と前記移動櫛との間に働く引力により前記移動基板が前記固定基板に対して移動されるものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。
9. 前記固定櫛および前記移動櫛は、前記撮像センサチップの質量に抗して前記撮像センサチップを移動させる方向と、前記撮像センサチップの質量の作用方向に従って前記撮像センサチップを移動させる方向とで、櫛歯の数を異ならせてあることを特徴とする請求項８に記載の撮像ユニット。
10. 前記アクチュエータは、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部と、前記梁に形成された圧電体とからなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。
11. 前記アクチュエータは、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部と、前記梁に形成された形状記憶合金とからなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。
12. 前記アクチュエータは、前記移動基板と一体に形成された梁と、前記梁の一部を前記固定基板に固定する梁固定部と、前記梁に形成された高分子アクチュエータとからなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像ユニット。
13. 撮像光学系と、
    請求項１乃至１２の何れか１項に記載の撮像ユニットとを備えたことを特徴とする撮像装置。

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