JP2009141844A - 光電変換素子ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子パッケージから駆動回路や信号処理回路までの配線長を短くする。
【解決手段】光電変換素子ユニットは、光電変換素子１０５を含む光電変換素子パッケージ１０１と、第1の面に該光電変換素子パッケージが実装され、第1の面の裏面に光電変換素子に関わる電子部品１０７が実装された配線基板１０２と、該光電変換素子パッケージが固定され、撮像装置における取付け部１０４に取り付けられる支持板１０３とを有する。支持板には、光電変換素子パッケージの外形よりも小さい開口部１０９が形成されており、この開口部内に、配線基板に実装された上記電子部品が配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置において、いわゆる撮像素子として用いられる光電変換素子パッケージに関する。

撮像装置に光電変換素子パッケージを用いる場合には、撮像光学系の結像面に対して光電変換素子の受光面が一致するように高精度に位置合わせを行う必要がある。このため、光電変換素子パッケージはそれよりも外形が大きな支持板に固定され、該支持板を撮像装置における所定の取付け部に取り付ける際に光電変換素子の受光面が撮像光学系の結像面に一致するように支持板の位置調整が行われる場合が多い（特許文献１参照）。

また、特許文献１には、撮像装置の小型化、特に薄型化が望まれる中で、光電変換素子パッケージ、支持板及び光電変換素子パッケージが実装されるプリント配線板のトータルの厚みを薄くする方法を開示している。具体的には、リードレスタイプの光電変換素子パッケージと支持板との間に、プリント配線板を配置している。
特開平１１−２６１９０４号公報

撮像装置には、上述した光電変換素子パッケージの他、これを駆動する駆動回路や光電変換素子からの出力信号を処理する信号処理回路が必要である。駆動回路及び信号処理回路はできるだけ光電変換素子の近くに配置して、これらの間の配線長を短くすることが望ましい。配線長が長くなることにより、光電変換素子から出力される微小なアナログ信号にノイズが乗る可能性が高くなるためである。また、光電変換素子の高画素化、高機能化に伴って光電変換素子の駆動クロックを高速化した場合に、配線長や回路接続に用いられるコネクタの影響により光電変換素子の駆動信号の波形になまりが生じ、光電変換素子の駆動を適切に行えなくなる可能性もある。さらに、高速クロックラインからの不要な輻射が増大するおそれもある。

従来は、光電変換素子から引き出されたフレキシブルプリント配線板の先に駆動回路や信号処理回路が接続されていた。つまり、光電変換素子から駆動回路や信号処理回路までの配線長が長かった。

本発明は、光電変換素子パッケージから駆動回路や信号処理回路までの配線長を短くすることができ、撮像に関する良好な電気的特性を得ることが可能な光電変換素子ユニット及びこれを備えた撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての光電変換素子ユニットは、光電変換素子を含む光電変換素子パッケージと、第1の面に該光電変換素子パッケージが実装され、第1の面の裏面に光電変換素子に関わる電子部品が実装された配線基板と、該光電変換素子パッケージが固定され、撮像装置における取付け部に取り付けられる支持板とを有する。支持板には、光電変換素子パッケージの外形よりも小さい開口部が形成されており、この開口部内に、配線基板に実装された上記電子部品が配置されていることを特徴とする。

なお、このような光電変換素子ユニットを用いて撮像を行う撮像装置も、本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、光電変換素子パッケージの裏面側に駆動回路や信号処理回路等の光電変換素子に関わる電子部品を配置することができ、これらの間の配線長を短くすることができる。したがって、撮像に関する良好な電気特性を得ることができる。しかも、従来は光電変換素子ユニットとは別に設けていた駆動回路や信号処理回路等を光電変換素子ユニット内に設けることができるので、撮像装置の小型化にも有効である。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である光電変換素子ユニットを用いた撮像装置（デジタルカメラ）の外観を示している。また、図２及び図３は、光電変換素子ユニットが取り付けられる撮像ユニットの斜視図である。

図１において、１はデジタルカメラである。２はデジタルカメラ１内に配置された撮像ユニットである。

撮像ユニット２は、図２に示すように、撮像レンズ鏡筒３と、ファインダーユニット４と、ＡＦ補助光ユニット５により構成されており、図１に示すように、これらの前面部がデジタルカメラ１の前面外装に設けられた開口部から露出する。

図３において、１０１は光電変換素子パッケージ、１０２は配線基板であるプリント配線板、１０３は支持板としての位置調整プレートである。１０４は撮像ユニット２（撮像レンズ鏡筒３）の背面（像面側の面）であり、カメラ１内での光電変換素子ユニットの取付け部である。

光電変換素子パッケージ１０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子を収容したパッケージである。図４及び図９に示すように、パッケージ１０１の裏面には、グリッド状に配列された半田ボールにより形成される電極１０６が設けられている。図９において、１０５は光電変換素子である。これらの図には、例として、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプの光電変換素子パッケージ１０１を示している。

一方、図５に示すように、プリント配線板１０２の裏面のうち、表面側の光電変換素子パッケージ１０１の実装領域に重なる領域には、光電変換素子１０５に関わる電子部品１０７が実装されている。光電変換素子１０５に関わる電子部品１０７には、光電変換素子１０５の駆動や光電変換素子１０５からの出力信号の処理を行うＩＣ及びその周辺回路部品を含む。

ここで、プリント配線板１０２の第1の面である表面には、光電変換素子パッケージ１０１の電極１０６に対応した位置に図示しないランドが形成されている。ランドと電極１０６とを位置合わせした上で電極（半田ボール）１０６をリフローさせることで、電極１０６がランドに接合され、光電変換素子パッケージ１０１がプリント配線板１０２の表面（第1の面）上に実装される。

プリント配線板１０２には、ＢＧＡタイプの光電変換素子パッケージ１０１及び電子部品が表面及び裏面にそれぞれ実装されているため、高い配線密度が要求される。また、光電変換素子１０５と撮像レンズ光学系の結像面との位置合わせを容易に行うことができるように、プリント配線板１０２と図示しない他の回路基板とを接続するためのプリント配線板１０２の配線引き出し部には、高い可撓性（屈曲性）が求められる。

このため、実施例のプリント配線板１０２には、多層リジッドフレキシブルプリント配線板が用いられている。プリント配線板１０２のうち、高配線密度が必要な光電変換素子パッケージ１０１及び電子部品１０７が実装される部分はリジッド部として、屈曲性が必要な配線引き出し部はフレキシブル部としてそれぞれ構成されている。

また、プリント配線板１０２における光電変換素子パッケージ１０１の実装領域の外形形状は、その最大の外形部分が光電変換素子パッケージ１０１の外形よりも小さくなるように形成されている。このため、プリント配線板１０２に光電変換素子パッケージ１０１を実装した状態では、プリント配線板１０２の外形の外側に光電変換素子パッケージ１０１の裏面の一部（以下、裏面露出部という）が露出する。

プリント配線板１０２に実装された光電変換素子パッケージ１０１は、図１０に示す金属製の位置調整プレート１０３に、図６に示すように固定される。

位置調整プレート１０３は、矩形枠形状に形成されており、その中央には矩形の開口部１０９が形成されている。開口部１０９の周囲には、位置調整プレート１０３に対する光電変換素子パッケージ１０１のその受光面に垂直な方向（撮像レンズ鏡筒３の光軸方向）での位置決めを行うための突起部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが半抜き加工によって形成されている。以下の説明において、該受光面に垂直な方向（撮像レンズ鏡筒３の光軸方向）を光電変換素子パッケージ１０１の光軸方向という。突起部１０８ａ〜１０８ｃは、光電変換素子パッケージ１０１の裏面露出部に対応する位置に形成されている。

また、開口部１０９は、光電変換素子パッケージ１０１の外形サイズよりも小さく、かつプリント配線板１０２の裏面における電子部品１０７の実装領域の外形サイズよりも大きいサイズを有する。これにより、電子部品１０７を位置調整プレート１０３に干渉させることなく該開口部内に配置することができるとともに、突起部１０８ａ〜１０８ｃを光電変換素子パッケージ１０１の裏面露出部に当接させることができる。また、光電変換素子パッケージ１０１の裏面露出部と位置調整プレート１０３との接着しろを確保しつつ、該接着しろに接着剤を容易に流し込むことができる。

なお、本実施例では金属製の位置調整プレート１０３を使用するが、樹脂性の位置調整プレートを用いてもよい。

光電変換素子パッケージ１０１の位置調整プレート１０３に対する固定（接着）は以下のように行われる。まず、光電変換素子パッケージ１０１の光軸方向に直交する方向において、光電変換素子パッケージ１０１の位置調整プレート１０３に対する位置決めを図示しない治具を用いて行う。

次に、光電変換素子パッケージ１０１の裏面露出部に突起部１０８ａ〜１０８ｃを突き当てて、光電変換素子パッケージ１０１の光軸方向での位置決めを行う。そして、光電変換素子パッケージ１０１の裏面露出部と位置調整プレート１０３との間に、位置調整プレート１０３に形成された開口部１０９を通じて及び光電変換素子パッケージ１０１の外周側から接着剤を流し込む。この後、接着剤を硬化させることで、光電変換素子パッケージ１０１が、該パッケージの裏面のうちプリント配線板１０２よりも外側の領域において位置調整プレート１０３に固定される。

ここで、光電変換素子パッケージ１０１、プリント配線板１０２及び位置調整プレート１０３の厚さ方向での位置関係は図７に示すように、裏面側から見たときの位置関係は図８に示すようになっている。

図７において、位置調整プレート１０３の突起部１０８ａ〜１０８ｃの高さは、光電変換素子パッケージ１０１のプリント配線板１０２への実装後の該パッケージ１０１の裏面からプリント配線板１０２の裏面までの高さより大きくなるように設定されている。このため、光電変換素子パッケージ１０１は、プリント配線板１０２に実装された状態で位置調整プレート１０３により直接、光軸方向の位置決めがなされる。

図８において、位置調整プレート１０３の開口部１０９は、該位置調整プレート１０３における光電変換素子パッケージ１０１の裏面側の領域に形成されている。

また、突起部１０８ａ〜１０８ｃは、光電変換素子パッケージ１０１の裏面露出部に当接する位置に形成されている。このため、光電変換素子パッケージ１０１の裏面において、突起部１０８ａ〜１０８ｃとの当接位置の間隔を広くとることができる。これにより、突起部１０８ａ〜１０８ｃの高さに加工上のばらつきがあっても、位置調整プレート１０３に対する光電変換素子１０５の平行度のずれを小さくすることができる。

しかも、突起部１０８ａ〜１０８ｃの高さを、光電変換素子パッケージ１０１の裏面からプリント配線板１０２の裏面までの距離と極めて近い値に設定することができる。これにより、光電変換素子パッケージ１０１から位置調整プレート１０３までのトータルの厚みを小さくすることができる。

また、位置調整プレート１０３に形成された開口部１０９内に配置される電子部品１０７として、その高さが位置調整プレート１０３の厚みと同じか又はそれ以下になるように選定することが好ましい。これにより、開口部１０９から位置調整プレート１０３の裏面側への電子部品１０７の突出を抑えることができ、開口部１０９内に電子部品１０７を配置することによる光電変換素子パッケージ１０１全体の厚みの増加を抑えることができる。言い換えれば、光電変換素子パッケージ１０１が取り付けられた後の該パッケージ１０１を含む撮像ユニット２全体の厚みの増加を抑えることができる。

光電変換素子パッケージ１０１（及びフレキシブル配線板１０２）が位置調整プレート１０３に対して固定されて光電変換素子ユニットが完成すると、図１１に示すように、撮像ユニット２の背面１０４にねじ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを用いて取り付けられる。

撮像ユニット２の背面１０４には、図３に示すように位置決め突起部１１１ａ、１１１ｂが設けられている。一方、位置調整プレート１０３には、位置決め穴部１１２ａ、１１２ｂが形成されている。位置決め穴部１１２ａ、１１２ｂ内に位置決め突起部１１１ａ、１１１ｂを挿入することによって、撮像ユニット２の背面１０４に対する光電変換素子ユニットの光軸直交方向での位置決めがなされる。

撮像ユニット２の背面１０４の３箇所には凹部が形成されており、該凹部内にはそれぞればね１１３ａ，１１３ｂ（もう１つは図示せず）が配置されている。ばね１１３ａ，１１３ｂは、位置調整プレート１０３をねじ１１０ａ〜１１０ｃの頭部に、光軸方向に付勢する。このため、ねじ１１０ａ〜１１０ｃの締め込み量の微調整を行うことで、光電変換素子ユニットの撮像ユニット２の背面１０４に対する光軸方向での位置と、光軸直交方向に対する傾きを微調整することができる。これにより、撮像レンズ光学系の結像面に対する光電変換素子１０５の受光面の位置合わせを高精度に行うことができる。

本実施例によれば、位置調整プレート１０３によって光電変換素子パッケージ１０１の位置決めを高精度に行いながら、光電変換素子パッケージ１０１と光電変換素子１０５の駆動回路や信号処理回路等を構成する電子部品１０７とを近接配置することができる。これにより、光電変換素子１０５と電子部品１０７との間の配線長を短くすることができ、撮像に関する良好な電気特性を得ることができる。

また、本実施例では、電子部品１０７が光電変換素子パッケージ１０１と同一のプリント配線板１０２に実装されている。言い換えれば、電子部品１０７が光電変換素子ユニット内に設けられている。電子部品１０７がプリント配線板１０２とは別の基板に実装されている（光電変換素子ユニット外に設けられている）場合には、光電変換素子パッケージ１０１から電子部品１０７までの配線長を極力短くするためにカメラ内での基板レイアウトに制約があった。これに対し、本実施例によれば、そのような制約がなくなるので、カメラの設計自由度を増すことができる。これにより、カメラ全体の小型化及び薄型化に適した基板や各種部品のレイアウトが可能になる。

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、実施例では、光電変換素子パッケージ１０１としてＢＧＡタイプのものを用いたが、ＬＧＡ（Land Grid Array）タイプの光電変換素子パッケージを用いることもできる。また、裏面に電極が配置されたタイプではなく、側面に電極が配置された光電変換素子パッケージ（例えば、対向する２辺に電極があるタイプ）を用いることもできる。

また、実施例では、位置調整プレート１０３の中央部にほぼ矩形の開口部１０９を形成した場合について説明した。しかし、開口部１０９の形状はこれに限らず、円形や六角形等の他の形状でもよいし、ベースとなるそれらの形状に電子部品１０７との干渉を避けるような部分的な切り欠き形状を追加した形状としてもよい。さらに、本実施例のような外縁が閉じた形の開口部だけでなく、外縁の一部がない形の開口部（例えば、Ｕ字形状の開口部）を形成してもよい。

また、実施例では、金属製の位置調整プレート１０３に半抜き加工によって突起部１０８ａ〜１０８ｃを形成した場合について説明したが、絞り加工や曲げ加工によって突起部を形成してもよい。この場合、突起部の光電変換素子パッケージ１０１の裏面への接触面積を大きくとることで、光電変換素子パッケージ１０１の熱を位置調整プレート１０３によって放熱する効果を高めることができる。

本発明の実施例である撮像装置（デジタルカメラ）の外観図。 実施例の撮像装置内に設けられる撮像ユニットの斜視図。 実施例における撮像ユニットに対して取り付けられる光電変換素子ユニットを分解して示す斜視図。 実施例における光電変換素子パッケージの裏面側斜視図。 実施例におけるプリント配線板への光電変換素子パッケージと電子部品の実装状態を示す斜視図。 実施例における光電変換素子ユニットを示す斜視図。 実施例における光電変換素子ユニットの側面図。 実施例における光電変換素子ユニットの裏面図。 実施例における光電変換素子パッケージの上面図、側面図及び裏面図。 実施例における位置調整プレートの斜視図。 実施例において、撮像ユニットに光電変換素子ユニットを取り付けた状態を示す斜視図。

符号の説明

１０１ 光電変換素子パッケージ
１０２ プリント配線板
１０３ 位置調整プレート
１０５ 光電変換素子
１０６ 電極
１０７ 電子部品
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ 突起部
１０９ 開口部
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ ばね

Claims (6)

1. 撮像装置に用いられる光電変換素子ユニットであって、
   光電変換素子を含む光電変換素子パッケージと、
   第1の面に前記光電変換素子パッケージが実装され、前記第1の面の裏面に前記光電変換素子に関わる電子部品が実装された配線基板と、
   該光電変換素子パッケージが固定され、前記撮像装置における取付け部に取り付けられる支持板とを有し、
   前記支持板には、前記光電変換素子パッケージの外形よりも小さい開口部が形成されており、
   該開口部内に、前記配線基板に実装された前記電子部品が配置されていることを特徴とする光電変換素子ユニット。
2. 前記光電変換素子パッケージは、該パッケージの裏面のうち前記配線基板よりも外側の領域において前記支持板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子ユニット。
3. 前記支持板には、前記光電変換素子パッケージの裏面のうち前記配線基板よりも外側の領域にて前記光電変換素子パッケージと当接する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素子ユニット。
4. 前記突起部の高さは、前記光電変換素子パッケージの裏面から前記配線基板における前記第1の面の裏面までの高さよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子ユニット。
5. 前記配線基板に実装された前記電子部品の高さは、前記支持板の厚みと同じ又はそれ以下となるように設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光電変換素子ユニット。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の光電変換素子ユニットを有することを特徴とする撮像装置。