JP2012186580A

JP2012186580A - 撮像素子ユニット

Info

Publication number: JP2012186580A
Application number: JP2011047195A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kojima; 裕小島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】撮像素子が高性能・高画素化し、駆動回路が大規模化した場合でも撮像装置を大型化させること無く、且つ、撮像素子から生じる熱を効率良く放熱させ、高精細な撮像を可能にした撮像素子ユニットを提供すること。
【解決手段】厚さ方向の一方に撮像面が位置する固体撮像素子と、前記撮像面と反対に位置する前記固体撮像素子の背面に固着され、且つ、固体撮像素子ユニット全体を保持する締結部を有し、更に前記固体撮像素子で発生する熱を放熱する保持部材と、前記固体撮像素子を動作させる多層プリント基板と、前記固体撮像素子と前記多層プリント基板は前記保持部材を挟むように配置される固体撮像素子ユニットであって、固体撮像素子外形より内側であり、且つ、保持部材の端部の稜線形状と、保持部材の板厚、及び、固体撮像素子背面と多層プリント基板に囲われた空間を部品実装エリアとして使用すること特徴とする構成とした。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は撮像装置に関し、特に撮像素子ユニットの構造に関するものである。

近年のデジタルカメラや一眼レフカメラなどは撮像素子の高性能化・高画素化、また、動画撮影やライブビュー撮影機能などの標準搭載により、撮像素子自身の温度上昇が顕著になってきている。

ＣＭＯＳなどの撮像素子は、自身の動作中の温度上昇に伴って撮像素子内に暗電流（熱ノイズ）が増加するため、高温度状態の撮像素子で撮像された画像の画質はより劣化してしまう。

そのため、撮像素子の背面に配置された放熱板と、信号処理基板の間にスペーサーを入れることで空隙部を確保し、その空隙部に存在する空気層の断熱効果によって信号処理基板の熱が撮像素子に伝導することを防止している構成が開示されている。（特許文献１参照）。

特開２００９−１４７６８５号公報

特許文献１では撮像素子背面に配置された放熱板と、対向する位置に配置された信号処理基板との間にスペーサーを介在させて空隙部を設け、その空隙部の空気層の断熱効果によって信号処理基板の熱が放熱板を介して撮像素子に伝導させない構造の撮像素子ユニットが提案されている。

しかしながら、特許文献１に開示の技術では空隙層を形成するスペーサーが基板上に配置されるために駆動回路及び電子部品は基板の片面のみしか実装することができない。

また、各部材を密着させた重畳構成となっているために、撮像素子が高性能・高画素化し、動作させる駆動部品が増加した場合、駆動回路や電子部品は放熱板や撮像素子外形の外側、もしくは前述した信号処理基板の裏面のみの実装スペースとなってしまう。

従い、特許文献１に開示の技術では撮像素子の高性能・高画素化に伴って、基板外形、及び撮像素子ユニットが大型化、しいては撮像装置の大型化が懸念される。

また、特許文献１に開示の技術において、スペーサーによって形成された空隙部の空気層の断熱効果により、撮像素子と信号処理基板熱間の熱の往来を抑制することは可能であるが、積極的な放熱性という点では不利がある。

そこで、本発明の目的は、撮像素子が高性能・高画素化し、駆動回路が大規模化した場合でも撮像装置を大型化させること無く、且つ、撮像素子から生じる熱を効率良く放熱させ、高精細な撮像を可能にした撮像素子ユニットを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、厚さ方向の一方に撮像面が位置する固体撮像素子と、前記撮像面と反対に位置する前記固体撮像素子の背面に固着され、且つ、固体撮像素子ユニット全体を保持する締結部を有し、更に前記固体撮像素子で発生する熱を放熱する保持部材と、前記固体撮像素子を動作させる多層プリント基板と、前記固体撮像素子と前記多層プリント基板は前記保持部材を挟むように配置される固体撮像素子ユニットであって、固体撮像素子外形より内側であり、且つ、保持部材の端部の稜線形状と、保持部材の板厚、及び、固体撮像素子背面と、多層プリント基板に囲われた空間を部品実装エリアとして使用すること特徴とする。

本発明によれば、撮像素子が高性能・高画素化し、駆動回路が大規模化した場合でも撮像装置を大型化させること無く、且つ、撮像素子から生じる熱を効率良く放熱させ、高精細な撮像を可能にした撮像素子ユニットを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に関わる撮像装置の主要な構成部品の分解斜視図である。本発明の第１の実施形態に関わる撮像装置の組立て状態の背面斜視図である。本発明の第１の実施形態に関わる多層プリント基板の斜視図である。本発明の第１の実施形態に関わる固体撮像素子の画素出力信号と熱源範囲の模式図である。本発明の第１の実施形態に関わる固体撮像素子と保持部材の接着状態を示す図である。本発明の第１の実施形態に関わる保持部材の変形例である。本発明の第１の実施形態に関わる固体撮像素子周辺の主要な構成部品の分解斜視図である。本発明の第１の実施形態に関わる固体撮像素子周辺の主要な構成部品の組立て斜視図である。本発明の第１の実施形態に関わる固体撮像素子周辺の主要な構成部品の組立て断面図である。本発明の第２の実施形態に関わる固体撮像素子周辺の主要な構成部品の分解斜視図である。本発明の第２の実施形態に関わる固体撮像素子周辺の主要な構成部品の組立て斜視図である。本発明の第２の実施形態に関わる撮像装置の組立て状態の背面斜視図である。

［実施例１］
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明における撮像装置の主要な構成部品の分解斜視図、及び、組立て状態の背面斜視図である。

１０６はミラーボックスであり、マグネシウム合金などで形成され、不図示の撮影レンズユニットの基準面となるマウント１０５、前記撮影レンズユニットからの被写体光束をファインダーの方向へ導くためのメインミラー１０４、不図示のフォーカルプレーンシャッタユニット、シーケンス機構などが配置される。

１０３はペンタホルダーであり、前記撮影レンズユニットからの被写体光束を結像する不図示のフォーカシングスクリーンや、フォーカシングスクリーンで結像した被写体像を左右及び上下反転させるペンタダハプリズム１０２を保持し、前記ミラーボックス１０６の上部に配置される。

１０１はカメラ本体の骨格となる本体シャーシであり、１０６のミラーボックスと同様にマグネシウム合金などで形成され、ミラーボックス１０６と不図示の締結部材により締結、固定される。

１０７は光電変換手段であり、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子で構成され、被写体光を電気的なアナログ信号へ変換する。

１１１は前記固体撮像素子のアナログ信号出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路であり、ＡＤＴＧ等の電気素子で構成される。

ＡＤＴＧは固体撮像素子１０７からのアナログ信号をデジタル信号に変換すると共に、駆動制御信号を時間軸にて正確に変化させ、入力する信号のタイミングを生成するタイミングジェネレーターとしての役割も有している。

１０９は信号処理回路であり、Ａ／Ｄ変換回路１１１からの信号を受け、所定の演算処理を行って画像データの生成や所定の画素補間処理や色変換処理などを行う。

また、信号処理回路１０９には電源電圧の瞬発的な変化を吸収するバイパスコンデンサなども含まれる。

１１０は高密度パターニング上に回路素子を両面実装可能とした２層以上の多層プリント基板であり、前記固体撮像素子１０７及び、Ａ／Ｄ変換回路１１１、信号処理回路１０９が実装される。

多層プリント基板１１０は、高密度パターニング上に回路素子を両面実装可能とした２層以上のリジットプリント基板部と、それらをつなぐフレキシブルプリント基板部で構成された複合多層フレキシブルプリント基板としてもよい。

前記固体撮像素子１０７やＡ／Ｄ変換回路１１１、信号処理回路１０９は、多層プリント基板１１０内の配線及びコネクタ１１３などを介し、不図示のフレキシブルプリント基板やワイヤーハーネスなどの電気接続手段により不図示のＤＣ／ＤＣユニットから供給された電源により駆動する。

ここにおいて、アナログ信号を出力する固体撮像素子１０７、Ａ／Ｄ変換回路１１１、信号処理回路１０９の接続は信号の減衰やノイズの影響を最小限に抑えるために電気信号を伝える配線長は極力短いことが好ましい。

本第１の実施例では、図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示すようにＡ／Ｄ変換回路１１１、信号処理回路１０９は多層プリント基板１１０の表裏、且つ、近傍に実装し、さらに固体撮像素子１０７の出力ピン１０７ａとも近くなるように配置している。

また、信号処理回路１０９とＡ／Ｄ変換回路１１１は、接続ピンの配置や配線仕様などによっては、信号処理回路１０９とＡ／Ｄ変換回路１１１は多層プリント基板１１０の同一面上、且つ、近接させて配置する構成としてもよい。

次に、図３（ａ）に示すように、一般的な固体撮像素子１０７は被写体光を光電変換する際、画素毎の出力信号１１４を固体撮像素子１０７の１１５ａや１１５ｂに示す範囲に集約し、更にその集約された信号は固体撮像素子１０７の不図示の内部配線を伝達して、固体撮像素子１０７端面に配置された出力ピン１０７ａから出力される。

１１５ａや１１５ｂで示す範囲は、画素毎の出力信号１１４が集約されるために固体撮像素子１０７の他の部分と比べて高温な熱源となりやすく、その温度自体や固体撮像素子１０７内での温度差が原因となって、画像の劣化原因となる場合がある。

１０８は固体撮像素子１０７の保持部材であり、図３（ｂ）に示すように保持部材１０８は固体撮像素子１０７の熱源範囲１１５ａや１１５ｂを覆うように配置された略平行部１０８ａと、前記の略平行部１０８ａを連結する連結部１０８ｂとで構成されている。

加えて、保持部材１０８の略平行部１０８ａには本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６に固定可能な締結部１０８ｃを有し、締結部材１１２などで固定される。

保持部材１０８は固体撮像素子１０７背面の決められた位置に瞬間接着剤や紫外線硬化型の接着剤などで密着固定される。

固体撮像素子１０７と保持部材１０８の接着は、保持部材１０８の端部１０８ｄを縁取るように接着剤を塗布し、固体撮像素子１０７の背面と接着する。

このとき、図３（ｃ）に示すように保持部材１０８の端部１０８ｄを１０８ｅのように凹凸のある形状とすることで接着面積を延ばし、接着強度を向上させる構造としてもよい。

また、固体撮像素子１０７背面と保持部材１０８が対向する面に接着剤を塗布し、密着させて接着する構成としてもよい。

更に、保持部材１０８に貫通の穴１０８ｆを設け、その内部を接着範囲として利用することで接着面積を増加させ、接着強度を高めるようにしてもよい。

加えて、固体撮像素子１０７から生じる熱による接着剤の劣化を抑制するべく、接着を行う範囲は熱源範囲１１５ａや１１５ｂからなるべく遠い位置が好ましく、例えば、接着部を前記略平行部１０８ａを連結する連結部１０８ｂにすることで、接着剤の劣化を抑制することが可能となる。

保持部材１０８の材質において、強度を優先する場合については弾性係数の高い材料、例えば弾性係数が１９３ＫＮ／ｍｍ^２であるステンレス系材料や、弾性係数が２０５ＫＮ／ｍｍ^２である鉄鋼系材料など、弾性係数が２００ＫＮ／ｍｍ^２前後の高弾性係数材料であることが好ましい。

また、伝熱性・放熱性を優先する場合については熱伝導率の高い材料、例えば熱伝導率が６０〜３８５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銅及び銅合金系の材料であることが好ましい。

前記構成とすることで固体撮像素子１０７の熱源範囲１１５ａや１１５ｂから生じる熱は保持部材１０８を介し、更に締結部１０８ｃから熱容量の多い本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６へ短距離で伝熱・放熱することが可能となる。

次に、本第１の実施例の撮像装置及び撮像素子ユニット１１７では図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、保持部材１０８の端部１０８ｄの稜線形状、保持部材１０８の板厚、及び固体撮像素子１０７の背面と多層プリント基板１１０に囲われた空間部１１６を部品実装エリアとして使用可能な構造としている。

例えば、前記空間部１１６内に信号処理回路１０９を実装し、多層プリント基板１１０の裏面にＡ／Ｄ変換回路１１１を実装することで、固体撮像素子１０７の出力ピン１０７ａから出力されるアナログ信号を短距離配線でＡ／Ｄ変換回路１１１まで接続することが可能となる。

また、Ａ／Ｄ変換回路１１１は前記空間部１１６内に配置してもよく、そうすることにより更に固体撮像素子１０７の出力ピン１０７ａからＡ／Ｄ変換回路１１１までを短距離で配線することが可能となる。

このとき、保持部材１０８の厚さは、固体撮像素子１０７の背面と、対向する多層プリント基板１１０で形成される間隔より薄く、更に多層プリント基板１１０に実装される信号処理回路１０９やＡ／Ｄ変換回路１１１の部品高さより厚い。

前記構成とすることで、多層プリント基板１１０の実装面積を拡大することが可能となり、信号処理回路１０９やＡ／Ｄ変換回路１１１が大規模化した場合でも基板面積、及び固体撮像素子ユニット１１７を大型化させることなく回路を実装することが可能となる。

以上により、撮像素子が高性能・高画素化し、駆動回路が大規模化した場合でも撮像装置を大型化させること無く、且つ、撮像素子から生じる熱を効率良く放熱させ、高精細な撮像が可能となる。

［実施例２］
次に第２の実施例として、放熱性を更に向上させる場合の構成について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図５（ａ）は固体撮像素子１０７周辺の主要な構成部品の分解斜視図である。また、図５（ｂ）は撮像素子ユニット１２０の組み立て状態斜視図である。

また、図６は第２の実施例における撮像装置の主要な構成部品の背面側からの組立て状態斜視図である。

なお前述の図面と共通する部分は同じ記号で示しており、説明は省略する。

１０８は固体撮像素子１０７の保持部材であり、保持部材１０８は固体撮像素子１０７背面の決められた位置に瞬間接着剤や紫外線硬化型の接着剤などで固定され、前記保持部材１０８の略平行部１０８ａに設けられた前記締結部１０８ｃによって本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６に締結部材１１２などで固定される。

次に、本第２の実施例の撮像装置及び撮像素子ユニットにおいても、保持部材１０８の端部１０８ｄの稜線形状、保持部材１０８の板厚、及び固体撮像素子１０７の背面と多層プリント基板１１０に囲われた空間部１１６を部品実装エリアとして使用可能な構造としている。

このとき、保持部材１０８の厚さは、固体撮像素子１０７の背面と、対向する多層プリント基板１１０で形成される間隔より薄く、更に多層プリント基板１１０に実装される前記信号処理回路１０９やＡ／Ｄ変換回路１１１の部品高さより厚い。

１１８及び１１９は熱伝導シートであり、金属箔や炭素系の繊維や粒子などによって形成され、絶縁が必要な範囲については薄膜状の
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などがラミネートされ、絶縁性を持たせている。

熱伝導シート１１８、１１９は前記空間部１１６と略同一な形状の扁平部１１８ａ、１１９ａと、その一部から延伸している腕部１１８ｂ、１１９ｂで構成されており、扁平部１１８ａ、１１９ａは粘着部を有し、その粘着部によって固体撮像素子１０７の背面に貼り付けられている。

また、図５（ｂ）に示した撮像素子ユニット１２０の組み立て状態において、多層プリント基板１１０に実装された前記信号処理回路１０９と、固体撮像素子１０７の背面との間には熱伝導シート１１８、１１９を配置するだけの空隙を有し、前記信号処理回路１０９と熱伝導シート１１８、１１９が当接することはない。

更に、扁平部１１８ａ、１１９ａから延伸した腕部１１８ｂ、１１９ｂの一部にも粘着部を設け、本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６などに貼り付けることで、固体撮像素子１０７の熱を熱伝導シート１１８を介して本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６に放熱・伝熱させることが可能となる。

また、腕部１１８ｂ、１１９ｂと本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６の固定についてはビスなどの締結部材で直接固定してもよく、また、板状部材で本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６と挟み込むように締結部材で固定するようにしてもよい。

前記のような構成とすれば、保持部材１０８と熱伝導シート１１８、１１９で固体撮像素子１０７の背面略全面を覆い、且つ、保持部材１０８と本体シャーシ１０１やミラーボックス１０６の締結部１１２、及び、前記熱伝導シート１１８、１１９の貼り付け部の複数の流路から放熱を行うことが可能となり、更に効率良く固体撮像素子１０７の熱を取り除くことができる。

本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０７固体撮像素子
１０８保持部材
１０８ａ保持部材の略平行部
１０８ｂ保持部材の連結部
１０８ｃ保持部材の締結部
１１０多層プリント基板
１１６空間部
１１７固体撮像素子ユニット

Claims

厚さ方向の一方に撮像面が位置する固体撮像素子（１０７）と、前記撮像面と反対に位置する前記固体撮像素子（１０７）の背面に固着され、且つ、固体撮像素子ユニット（１１７）を撮像装置筐体へ固定する締結部（１０８ｃ）を有し、更に前記固体撮像素子（１０７）で発生する熱を放熱する保持部材（１０８）と、前記固体撮像素子（１０７）を動作させる多層プリント基板（１１０）と、前記固体撮像素子（１０７）と前記多層プリント基板（１１０）は前記保持部材（１０８）を挟むように配置される固体撮像素子ユニット（１１７）であって、固体撮像素子（１０７）外形より内側であり、且つ、保持部材（１０８）の端部（１０８ｄ）の形状と、保持部材（１０８）の板厚、及び、固体撮像素子（１０７）背面と、多層プリント基板（１１０）に囲われた空間部（１１６）を前記多層プリント基板（１１０）上へ実装される電気素子の実装エリアとして使用すること特徴とする撮像素子ユニット（１１７）。
保持部材（１０８）は、固体撮像素子（１０７）の熱源範囲（１１５ａ、１１５ｂ）を覆うように配置された平行部（１０８ａ）と、前記平行部（１０８ａ）と連結し、少なくとも一本以上の連結部（１０８ｂ）からなり、前記平行部（１０８ａ）に撮像装置筐体への締結部（１０８ｃ）を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット（１１７）。
保持部材（１０８）の連結部（１０８ｂ）において、固体撮像素子（１０７）の背面と対向する面、及び、端部（１０８ｄ）の少なくとも一方に接着剤を塗布し、固体撮像素子（１０７）と接着することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット（１１７）。
保持部材（１０８）の連結部（１０８ｂ）端部（１０８ｄ）の稜線形状に凹凸を付けることで接着距離を延ばすことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット（１１７）。
保持部材（１０８）の厚さは、固体撮像素子（１０７）背面と多層プリント基板（１１０）との間の距離より薄く、多層プリント基板（１１０）に実装される信号処理回路（１０９）、及び、Ａ／Ｄ変換回路（１１１）の部品高さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット。
前記固体撮像素子ユニット（１１７）は、前記空間部（１１６）と同一な形状の扁平部（１１８ａ、１１９ａ）と、その一部から延伸している腕部（１１８ｂ、１１９ｂ）を備えた熱伝導シート（１１８、１１９）を有し、扁平部（１１８ａ、１１９ａ）は固体撮像素子１０７の背面に貼り付けられ、腕部（１１８ｂ、１１９ｂ）の一部が撮像装置筐体に固定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット（１１７）。