JP5700996B2

JP5700996B2 - 受信装置

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Publication number: JP5700996B2
Application number: JP2010224138A
Authority: JP
Inventors: 尊比古諧
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: JP2012080353A

Description

本発明は、無線信号を受信する受信装置に関する。

米国のグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）、ロシアのグローナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、欧州のガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）などはＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）の代表例として知られている。いずれのシステムも、衛星からの位置信号を受信装置がアンテナを介して受信して電子回路によって信号処理して位置測位などを行う。アンテナは、衛星からの信号を直接に受信する以外に回路基板のアンテナ実装面で反射される信号も受信するため、受信装置はアンテナが両方の信号を効率よく受信するように構成される必要がある。特許文献１は、ケース１０内にシールドカバー３で覆った受信回路基板２を配置しているとともに、シールドカバー１３上にＧＰＳアンテナ４を配置したＧＰＳ受信装置を開示している。

特許第４１１４３０５号公報

しかしながら、特許文献１では、両面に回路素子が実装される受信回路基板２をシールドカバー１３で覆い、ＧＰＳアンテナ４をシールドカバー１３の上に配置するため、ＧＰＳ受信装置が厚み方向に大型化してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、受信感度を低下させることなく、受信装置を特に厚み方向に小型化することを例示的な目的とする。

本発明の受信装置は、無線信号を受信するアンテナと、前記アンテナおよび前記アンテナが受信した前記無線信号を処理する回路部が実装される基板と、を有し、前記基板の第１の面には、前記アンテナのみが実装されており、前記基板の前記第１の面の裏面となる第２の面に前記回路部が実装されており、前記基板の前記第１の面であって前記アンテナが実装されていない領域には、前記アンテナの全周を囲むグランド配線パターンが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、受信感度を低下させることなく、受信装置を特に厚み方向に小型化することができる。

ＧＰＳ受信装置の外観斜視図である。図１に示すＧＰＳ受信装置の上面図である。図１に示すＧＰＳ受信装置の底面図である。図３に示すＧＰＳ受信装置からシールドケースを外した底面図である。図１に示すＧＰＳ受信装置のＧＰＳ信号の処理フローを示すブロック図である。図２の部分透過図である。比較例としてのＧＰＳ受信装置の外観斜視図である。図６に示すＧＰＳ受信装置の上面図である。図１に示すＧＰＳ受信装置を搭載した電子機器の斜視図である。図９に示す撮像装置の正面図である。図９に示す撮像装置の側面図である。

図１は、ＧＰＳ受信装置１００の外観斜視図、図２はその上面図、図３はその底面図である。ＧＰＳ受信装置１００は、ＧＰＳ衛星から無線信号を受信するＧＰＳアンテナ１０１と、ＧＰＳアンテナ１０１及びＧＰＳ信号を処理する回路部を実装するＧＰＳ基板１０２と、を有する。なお、図１におけるＧＰＳ基板１０２のアンテナ実装面側を表面側、アンテナ実装面側と対向する回路実装面側を裏面側とする。

ＧＰＳアンテナ１０１は、図１ではほぼ直方体形状を有し、ＧＰＳ基板１０２のアンテナ実装面１０２ａのほぼ中央に設けられている。ＧＰＳアンテナ１０１は、不図示のＧＰＳ衛星から位置信号であるＧＰＳ信号を直接に受信する。また、図２の波線部はグランドパターン１０２ｂの領域である。アンテナ実装面１０２ａのＧＰＳアンテナ１０１の全周にグランドパターン１０２ｂを形成することによってＧＰＳアンテナ１０１はグランド領域１０２ｂで反射されたＧＰＳ信号を効率的に受信することが可能となる。なお、グランドパターン１０２ｂは、ＧＰＳアンテナ１０１の全周を囲む配線パターンであれば、グランドパターンではなくてもよい。

ＧＰＳ基板１０２は、６層のリジッドフレキシブル基板であり、アンテナ実装面１０２ａやその裏面の回路実装面を有するリジッド部と、リジッド部の内層から引き出されて位置情報を出力するフレキシブル部（フレキシブル基板（ＦＰＣ））１０５とを有する。

フレキシブル部は、先端に不図示の電子機器の基板と電気的に接続して位置情報をこれに出力するコネクタ１０４を有する。フレキシブル部は、後述するＧＰＳ基板１０２の回路部１１２とコネクタ１０４を電気的に接続する。

また、図３に示すように、ＧＰＳ基板１０２は、アンテナ実装面１０２ａとは反対側に回路部１１２を覆うシールドケース１０６を更に有する。このように、本実施例では、ＧＰＳアンテナ１０１はシールドケース１０６の上にはない。

図４は、図３に示す状態からシールドケース１０６を外した底面図である。図４において、１０７はシールドケース１０６をＧＰＳ基板１０２に固定するクリップ部材、１０８はＧＰＳ信号を処理するＧＰＳ信号処理回路、１０９はＧＰＳアンテナ１０１の給電ピンが半田付けされＧＰＳ信号をＧＰＳ基板１０２に取り込む給電部である。１１０はＧＰＳアンテナ１０１からのＧＰＳ信号を増幅すると共にＲＦ復調を行うプリアンプ部（プリアンプＲＦ部）、１１１はＧＰＳ信号処理回路１０８へ電源を供給する電源部である。１１２はこれらＧＰＳ信号を処理する回路（ＧＰＳ信号処理回路１０８、給電部１０９、プリアンプ部１１０、電源部１１１）全体を表す回路部である。

図５はＧＰＳ信号処理の流れを示すブロック図である。まず、ＧＰＳアンテナ１０１が不図示のＧＰＳ衛星から、例えば、Ｌ１帯（１５７５．４２ＭＨｚ）の周波数の無線信号であるＧＰＳ信号を受信する。受信した信号は給電部１０９を介してプリアンプ部１１０に送られる。

プリアンプ部１１０は、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ１１０ａ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１０ｂ、ＳＡＷフィルタ１１０ｃ、ＲＦ復調部１１０ｄを有する。

ＳＡＷフィルタ１１０ａおよび１１０ｃは、ＧＰＳアンテナ１０１からの信号のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）である。なお、ＳＡＷフィルタの数は２つに限定されない。ＬＮＡ１１０ｂはＳＡＷフィルタ１１０ａからの出力信号を増幅してＳＡＷフィルタ１１０ｃに出力する。

ＲＦ復調部１１０ｄは、増幅されたＧＰＳ信号はＲＦ変調部でＧＨｚ帯からＭＨｚ帯へ復調する。例えば、ＲＦ復調部１１０ｄは、発振信号を生成する発振器と、発信信号を増幅されたＧＰＳ信号に乗算する乗算部（ミキサ）と、を有してＭＨｚ帯の信号に変換する。復調されたＧＰＳ信号は不図示のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換されてＧＰＳ信号処理回路１０８に送られる。

ＧＰＳ信号処理回路１０８は、このＧＰＳ信号に対して相関検出などを行ってデータを復号して位置情報を取り出す処理を施す。位置情報はコネクタ１０４より不図示の電子機器の基板（例えば、後述する撮像装置２００のメイン基板２０３）へと送られる。

図６は、図２の部分透過図である。図６中の破線部は、回路部１１２の隠れ線である。図６に示すように、表面側にＧＰＳアンテナ１０１、裏面側に回路部１１２を実装し、表面側のＧＰＳアンテナ１０１を裏面側に投影すると回路部１１２の領域と重なるように配置することによって、ＧＰＳ基板１０２の小型化を行っている。

ＧＰＳ信号の受信感度はＣ／Ｎ（ＣａｒｒｉｅｒｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ：信号対雑音比）値で表すのが一般的であり、Ｃ／Ｎ値とは、一定周波数における信号のピーク値（キャリアレベル）とノイズ値（ノイズレベル）の比であり単位はｄＢである。

図７は、比較例であるＧＰＳ受信装置の外観斜視図であり、２０はＧＰＳ受信装置、２１はＧＰＳアンテナ１０１及び回路部１１２を実装する６層のリジット基板、２２はリジット基板２１のアンテナ実装面に接続されたＦＰＣコネクタである。２３は一端がＦＰＣコネクタ２２に接続され、もう一端が図示しない電子機器の基板に接続されるＦＰＣである。

図８に表面側からＧＰＳ受信装置２０を見た平面図であり、図中の波線部はグランドパターンの領域である。図８に示すように、ＧＰＳ受信装置２０では、ＦＰＣコネクタ２２の周囲をグランドパターンで覆うことができず、一部グランドパターンが欠落している。

表１は、ＧＰＳ受信装置１００と比較例としてのＧＰＳ受信装置２０を使用して同一条件下でＣ／Ｎ値の測定を各々行った結果を示している。表１は、各ＧＰＳ受信装置にて測定したＣ／Ｎ値の最大値と、捕捉した衛星のうち上位４衛星のＣ／Ｎ値の平均値を表している。

表１より、ＧＰＳ受信装置１００と比較してＧＰＳ受信装置２０の受信感度Ｃ／Ｎ値は、最大値で２．７９ｄＢ、上位４衛星の平均値で２．６１ｄＢ劣っているという結果を得た。これは、ＧＰＳ受信装置２０の表面側のグランドパターンが一部欠落していることに起因し、この範囲でＧＰＳ信号を反射することができず、受信感度が劣化したと考えられる。また、グランドパターンが一部欠落している方向のみ利得が下がるわけではなく、ＧＰＳ信号受信面（ＧＰＳアンテナ面）の電界が乱れ全体の利得自体が下がったと考えられる。

ＧＰＳ受信装置１００は、アンテナ実装面のＧＰＳアンテナ１０１の周囲において全周に亘って形成された配線パターンを有する。配線パターンはＧＰＳ信号を効率良く反射してＧＰＳアンテナ１０１に受信させることができるので、ＧＰＳ受信感度は向上する。

ＧＰＳアンテナ１０１の周囲に配置する配線パターンの面積を広く設定すればする程ＧＰＳ信号は良好に反射され、ＧＰＳアンテナ１０１のＧＰＳ受信感度は高くなる。ＧＰＳ受信装置１００がＧＰＳ衛星を補足し位置情報を割り出すためには、最低でもＣ／Ｎ値で３０ｄＢの受信感度が必要とされているが、Ｃ／Ｎ値は天候やビル群・背の高い木々などの遮蔽物によって６ｄＢ程度のバラツキが生じることが知られている。ＧＰＳ受信感度を確保するためには、ＧＰＳアンテナ周囲に配置する配線パターンの面積を調節する必要がある。

ＧＰＳ受信装置１００をリジット基板２１ではなくリジットフレキシブル基板１０２で構成することにより、ＦＰＣコネクタ２２が不要となり、ＧＰＳアンテナ面を配線パターンで覆ってＧＰＳ信号を良好に受信できる他、ＧＰＳ基板の面積も抑えることができる。

図９は、ＧＰＳ受信装置１００を搭載した撮像装置２００の斜視図である。図９において、２０１は被写体の光学像を形成可能な撮影光学系と撮影光学系が形成した光学像を光電変換する撮像素子を収納するレンズユニット、２０２はＧＰＳ受信装置１００を保持するＧＰＳ受信装置ホルダである。２０３はカメラユニット２００の撮像、画像記録、位置測位等に関する信号を送受信および処理するメイン基板である。２０５はレンズユニット２０１に取り付けられてレンズユニット２０１を保持するレンズユニットホルダである。２０６はメイン基板２０３に取り付けられてメイン基板２０３を保持するメイン基板ホルダである。

ＧＰＳ受信装置１００はＧＰＳホルダ２０２に不図示のビスで締結されている。上空のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信しやすくするため、撮像装置２００を使用する姿勢においてＧＰＳアンテナ１０１が上空を向くようにＧＰＳ受信装置１００を配置している。また、撮像装置２００を把持するユーザの手がＧＰＳアンテナ１０１の上空に位置してＧＰＳ信号を遮蔽しないように、ＧＰＳ受信装置１００をレンズユニット２０１の前側に配置している。

レンズユニット２０１はレンズユニットホルダ２０５に不図示のビスによって締結され、メイン基板２０３はメイン基板ホルダ２０６に不図示のビスによって締結されている。この状態で、レンズユニットホルダ２０５はメイン基板ホルダ２０６に不図示のビスによって締結され、レンズユニット２０１とメイン基板２０３が一体化される。

また、ＧＰＳホルダ２０２はレンズユニットホルダ２０５とメイン基板ホルダ２０６と不図示のビスで締結され、レンズユニット２０１とメイン基板２０３とＧＰＳ受信装置１００が一体化される。

その後、レンズユニット２０１の不図示の撮像素子に接続された不図示のＦＰＣをメイン基板２０３へ接続し、レンズユニット２０１とメイン基板２０３との間で電気信号が送受信される。また、コネクタ１０４をメイン基板２０３へ接続し、ＧＰＳ受信装置１００とメイン基板２０３との間で電気信号の送受信が可能となる。

ＧＰＳアンテナ１０１によって受信されたＧＰＳ信号は、図５を参照して説明したように、位置情報として電子機器である撮像装置２００のメイン基板２０３にコネクタ１０４から送信される。

図１０は、撮像装置２００の正面図である。２０４はＧＰＳ受信装置１００の上面側に配置される外装カバーであり、図９では省略されている。外装カバー２０４は、レンズユニット２０１の上面側を覆うように配置され、レンズユニット２０１の光軸に垂直な平面において前記光軸を中心とした円弧形状を有する薄板部材である。ＧＰＳ受信装置１００はレンズユニット２０１と外装カバー２０４との間に配置される。ここで、ＧＰＳ基板１０２の幅方向（図１０に示す水平方向）を抑えることによって外装カバー２０４が円弧形状を小さくすることが可能となり、撮像装置２００全体の大きさを抑えることができる。

図１１は、撮像装置２００の右側面図である。２０７はレンズユニット２０１の内部に図示しない絞りユニットを有するＩＧユニット部(一点鎖線範囲)である。ＩＧユニット部２０７はレンズユニット２０１において図１１の上下方向に最も突出する部位である。２０８はレンズユニット２０１の内部に図示しないレンズ群を収納するレンズ鏡筒部（二点鎖線範囲）である。

図１１に示すように、ＧＰＳ受信装置１００の回路部１１２はレンズ鏡筒部２０８とＩＧユニット部２０７の段差に配置されるので、撮像装置全体の高さを抑えることが可能となる。

以上説明してきたように、ＧＰＳ受信装置１００を小型に構成することにより、電子機器である撮像装置２００の大きさを抑えることができる。また、ＧＰＳアンテナ１０１の全周をグランドパターンで覆うことにより、ＧＰＳアンテナ１０１はＧＰＳ信号を効率よく受信することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例ではＧＰＳ受信装置について説明したが、受信装置は無線信号をアンテナで受信することができれば足り、ＧＰＳ以外のＧＮＳＳにも適用することができる。

本実施例の受信装置はＧＮＳＳの用途に適用することができる。

１００ＧＰＳ受信装置
１０１ＧＰＳアンテナ
１０２ＧＰＳ基板
１０２ａアンテナ実装面
１０２ｂグランドパターン
１１２回路部
２００撮像装置（電子機器）

Claims

無線信号を受信するアンテナと、
前記アンテナおよび前記アンテナが受信した前記無線信号を処理する回路部が実装される基板と、を有し、
前記基板の第１の面には、前記アンテナのみが実装されており、前記基板の前記第１の面の裏面となる第２の面に前記回路部が実装されており、
前記基板の前記第１の面であって前記アンテナが実装されていない領域には、前記アンテナの全周を囲むグランド配線パターンが形成されていることを特徴とする受信装置。
実装された前記アンテナを前記第２の面に投影すると、実装された前記アンテナの少なくとも一部が前記回路部の領域と重なることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記基板は、前記第１の面を有するリジッド部と、前記リジッド部の内層から引き出され、前記回路部が前記無線信号を処理することによって生成された信号を出力するフレキシブル部と、を有するリジッドフレキシブル基板を有することを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
請求項１に記載の受信装置を備える撮像装置。
光学像を形成する撮影光学系を収納するレンズユニットと、前記レンズユニットを覆う外装カバーとを有する撮像装置であって、
請求項１に記載の受信装置を前記レンズユニットと前記外装カバーとの間に配置することを特徴とする撮像装置。