JP6111866B2 - 撮像ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像ユニットおよび撮像装置に関する。

撮像チップが透光基板としてのガラス基板に実装されたＣＯＧ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）構造の撮像ユニットが知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平０９−０２７６０６号公報

撮像ユニットのガラス基板を金属フレームにより保持する場合がある。この場合に、金属フレームとガラス基板の電位差によりノイズが発生することがあった。

本発明の第一の態様における撮像ユニットは、画素が複数配列された撮像チップと、複数の画素を覆うと共に、画素から出力された画素信号を伝送する配線パターンを有する透光基板と、配線パターンのグランド線と電気的に接触して透光基板を支持する金属フレームとを備える。

本発明の第二の態様における撮像装置は、上記の撮像ユニットを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る撮像ユニットの分解斜視図である。 撮像ユニットの構成を示す図である。 透光基板のバリエーションを説明するための図である。 透光基板の他のバリエーションを説明するための図である。 撮像装置の構成を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る撮像ユニット１０の分解斜視図である。撮像ユニット１０は、撮像チップ１００と、透光基板としてのガラス基板１２０と、金属フレーム１４０とを含んで構成される。図１において、被写体光束が撮像チップ１００へ入射する方向をｚ軸プラス方向とする。撮像チップ１００の長手方向をｘ軸方向、短手方向をｙ軸方向とする。特に、ｘ軸プラス方向は紙面右下方向、ｘ軸マイナス方向は紙面左上方向である。以降の説明では、ガラス基板１２０、金属フレーム１４０のｘ軸プラス方向側の端部を右端、ｘ軸マイナス方向側の端部を左端と称す。図１では、ガラス基板１２０のうち被写体光束が入射する側とは反対側の配線パターンを視認できるように、ガラス基板１２０のうち撮像チップ１００の実装面が現れるように図示している。また、以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。

撮像チップ１００は、表面照射型のＭＯＳイメージセンサである。撮像チップ１００は、ガラス基板１２０に実装される。撮像チップ１００は、後述する金属フレーム１４０の開口部１４１に収容される。撮像チップ１００は、中央部分に撮像領域１０１を有する。撮像領域１０１には、受光した被写体像を光電変換する画素が複数配列されている。

ガラス基板１２０は、画素から出力された画素信号を伝送する配線パターン１２１を有する。配線パターン１２１の信号線１２２は、ガラス基板１２０の左右両端にそれぞれ複数形成されている。配線パターン１２１のグランド線１２３は、撮像領域１０１に対応する対応領域１２９を囲むように設けられている。ガラスは誘電体なので、ガラス基板１２０の表面に電荷が溜まり易い。溜まった電荷は画素信号に対するノイズの原因となり得る。そこで、ガラス基板１２０の表面にグランド線１２３を設け金属フレーム１４０に電気的に接続することにより、画素信号に対するノイズの原因となり得る電荷を金属フレーム１４０に放出する。グランド線１２３は、信号線１２２よりも対応領域１２９側に設けられている。すなわち、グランド線１２３は、信号線１２２の内側に形成されている。グランド線１２３は、バンプを介して撮像チップ１００のグランド線に電気的に接続される。グランド線１２３と撮像領域１０１が近いので、ノイズ低減の観点から有利である。

また、対応領域１２９内において電荷の分布が存在し得る。対応領域１２９内は均一な電位であることが好ましい。撮像ユニット１０において、グランド線１２３が全体として四角環状に形成されている。すなわち、対応領域１２９を環囲するように形成されている。したがって、対応領域１２９の全体に亘って対応領域１２９の電位のばらつきを抑制できる。

グランド線１２３は、全体として四角環状に形成されている。グランド線１２３の線幅は、信号線１２２の線幅より広くなっている。したがって、グランド線１２３の線幅と信号線１２２の線幅が同一の場合に比べて、ノイズをより低減できる。グランド線１２３は、配線部１２４と端子部１２５を有する。配線部１２４は、四角環状に形成されている。端子部１２５の形状は矩形である。ここでは、端子部１２５は、配線部１２４の長辺である第一辺１２６の左右両端にそれぞれ形成されるとともに、第一辺に対向する第二辺１２７の中央部分に形成されている。

ガラス基板１２０は、可撓性を有する基板としてフレキシブル基板と接続されてもよい。この場合には、ガラス基板１２０の信号線１２２は、はんだ、またはＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄａｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）によりフレキシブル基板に電気的に接続される。フレキシブル基板は、外部回路に電気的に接続される。したがって、ガラス基板１２０は、フレキシブル基板を介して外部回路に電気的に接続される。ガラス基板１２０の材料としてホウケイ酸ガラス、石英ガラス、無アルカリガラス、耐熱ガラス等を用いることができる。

金属フレーム１４０の形状は、全体として四角環状である。金属フレーム１４０は、中央部分に開口部１４１を有する。金属フレーム１４０は、開口部１４１の長辺である第一辺１４２に沿った第一周縁部１４３と、第一辺１４２に対向する第二辺１４４に沿った第二周縁部１４５を有する。金属フレーム１４０は、第一周縁部１４３及び第二周縁部１４５に取付部として取付孔１４６を有する。取付孔１４６は、他の構造体を取り付けるために利用される。他の構造体は、取付孔１４６を介して金属フレーム１４０にビス止めされる。他の構造体としては、後述するように、例えばミラーボックスが挙げられる。

ここでは、取付孔１４６は、第一周縁部１４３の左右両端にそれぞれ一つ形成されるとともに、第二周縁部１４５の中央部分に一つ形成されている。このように３つの取付孔１４６が可能な限りそれぞれの間の距離を離間させて形成されているので、撮像ユニット１０が他の構造体に取り付けられる場合に当該他の構造体に対する取付誤差を小さくできる。

金属フレーム１４０は、開口部１４１の内側面に突出部１４７を有する。ここでは、突出部１４７は、第一辺１４２に沿った内側面の左右両端にそれぞれ一つ形成されるとともに、第二辺１４４に沿った内側面の中央部分に一つ形成されている。突出部１４７は、対向する内側面に向かって突出している。

金属フレーム１４０は、突出部１４７がグランド線１２３の端子部１２５に位置合わせされた状態でガラス基板１２０に配置される。したがって、金属フレーム１４０とガラス基板１２０のグランド線１２３は、三点の端子部１２５で互いに接触する。このように、金属フレーム１４０は、配線パターン１２１のグランド線１２３と電気的に接触してガラス基板１２０を支持する。金属フレーム１４０と接触する三点の端子部１２５は、互いに接続されている。接地点である端子部１２５は、配線部１２４に比べて幅広になっているので、金属フレーム１４０との接触面積を広くできる。したがって、ノイズの原因となり得る電荷はガラス基板１２０から金属フレーム１４０に放出され易い。加えて、金属フレーム１４０が導電性の他の構造体に取り付けられていれば、ノイズの原因となり得る電荷は金属フレーム１４０から他の構造体に放出される。このように、ノイズの原因となり得る電荷を、金属フレームを１４０介して構造体に放出することにより、ノイズを低減できる。金属フレーム１４０の材料として、アルミニウム、銅、鉄、ＳＵＳ等を用いることができる。

以上のように、グランド線１２３の端子部１２５は、金属フレーム１４０との接地点であると同時に、金属フレーム１４０による保持点である。したがって、金属フレーム１４０によってガラス基板１２０を保持しつつ、ノイズを低減できる。すなわち、金属フレーム１４０によるガラス基板１２０の保持形態は、画素信号のノイズの低減に着目した保持形態である。

図２は、撮像ユニット１０の構成を示す図である。図２（ａ）は、撮像ユニット１０の模式的な平面図である。ここでは、被写体光束が入射する側から見た場合を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を模式的に示す断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を模式的に示す断面図である。

図２（ｂ）に示すように、撮像チップ１００は、上述した撮像領域１０１に加えて、撮像領域１０１の周辺領域に電極パッド１０２を有する。電極パッド１０２は、バンプ１６０を介してガラス基板１２０の信号線１２２に電気的に接続される。電極パッド１０２と信号線１２２の接続部分は、接着剤１６１によって接着される。接着剤１６１は、撮像領域１０１を取り囲むように形成されている。接着剤１６１の材料として、熱硬化性接着剤等を用いることができる。ガラス基板１２０は、接着剤１６１の厚みにより撮像チップ１００と離間しつつ、撮像領域１０１を封止する。このように撮像チップ１００、ガラス基板１２０、及び接着剤１６１によって密封空間が形成され、撮像領域１０１は、密封空間に位置する。これにより、撮像領域１０１が外部環境の水分及びガスの影響を受け難くなるので、水分及びガスに起因する画素の劣化を抑制できる。加えて、接着剤１６１によって、撮像チップ１００とガラス基板１２０の距離を確保できる。したがって、ガラス基板１２０にゴミ、異物等が付着したり、ガラス基板１２０に傷がついたりする場合に、写りこみによる影響を低減できる。

図２（ｃ）に示すように、グランド線の端子部１２５は金属フレーム１４０の突出部１４７上に配置されている。金属フレーム１４０は、接着剤１６１を介してガラス基板１２０に接着される。

図３は、ガラス基板１２０のバリエーションを説明するための図である。以上の説明では、グランド線１２３の配線部１２４の形状は全体として矩形であったが、図３（ａ）に示すように、例えば全体として角丸長方形状でもよい。グランド線１２３の配線部１２４の形状は全体として円形でもよい。

以上の説明では、グランド線１２３の配線部１２４は環状であったが、環状でなくてもよい。図３（ｂ）に示すように、配線部１２４が例えばＵ字状であってもよい。また、以上の説明では、グランド線１２３は、撮像領域１０１と対向する面に形成される構成であった。この場合には、信号線１２２によってグランド線１２３を形成する領域が制約される。そこで、グランド線１２３の少なくとも一部は、撮像領域１０１と対向する面とは反対側の面に設けてもよい。図３（ｃ）の上図は、ガラス基板１２０のうち撮像領域１０１に対向する面を示し、下図は、撮像領域１０１に対向する面とは反対側の面を示す。ここでは、図３（ｃ）に示すように、端子部１２５は、ガラス基板１２０のうち撮像領域１０１に対向する面に形成されている。一方、配線部１２４は、撮像領域１０１に対向する面とは反対側の面に形成されている。端子部１２５は、ガラス基板１２０内に形成されたビアを介して、配線部１２４に電気的に接続される。

信号線１２２は、撮像領域１０１に対向する面とは反対側の面に形成されない。したがって、撮像領域１０１に対向する面とは反対側の面において、撮像領域１０１に対向する面の信号線１２２が形成される領域に相当する領域にも配線部１２４を形成できる。この構成によれば、配線部１２４を撮像領域１０１に対向する面に形成する場合に比べて、グランド線１２３の面積を大きくできる。

図４は、透光基板の他のバリエーションを説明するための図である。以上の説明では、ノイズ低減の観点からグランド線１２３の面積は広いほど好ましいと説明したが、グランド線１２３の面積を広くすると、グランド線１２３で反射した光が撮像領域１０１に入射する危険性が高まる。そこで、迷光抑制の観点から、ガラス基板１２０のうちのグランド線１２３が設けられた領域に遮光処理を施すとよい。ここでは、配線部１２４の全体に亘って遮光処理が施されている。具体的には、遮光フィルム１２８が配線部１２４に形成されている。遮光処理として配線部１２４を黒色に塗装してもよい。一方、端子部１２５には遮光処理が施されていない。すなわち、端子部１２５と金属フレーム１４０は直接接するのでノイズを低減できる。この構成によれば、ノイズの低減と迷光の抑制を両立できる。なお、ここでは、図１のガラス基板１２０を例に挙げたが、図３のいずれのガラス基板１２０に遮光処理を施してもよい。図３（ｃ）で示したガラス基板１２０に遮光処理を施す場合には、撮像領域１０１に対向する面とは反対側の面に形成された配線部１２４に遮光処理を施してもよい。

図５は、本実施形態に係る一眼レフカメラ４００の模式的断面図である。一眼レフカメラ４００は、カメラボディ６００にレンズユニット５００が装着されてカメラとしての機能を発揮する。レンズユニット５００は、鏡筒内に配列された複数のレンズを備え、入射する被写体光束をカメラボディ６００の撮像ユニット１０へ導く。

カメラボディ６００は、レンズマウント５５０に結合されるボディマウント６６０の後方にメインミラー６７２およびサブミラー６７４を備える。メインミラー６７２は、レンズユニット５００から入射した被写体光束に斜設される斜設位置と、被写体光束から退避する退避位置との間で回動可能に軸支される。サブミラー６７４は、メインミラー６７２に対して回動可能に軸支される。

メインミラー６７２が斜設位置にある場合、レンズユニット５００を通じて入射した被写体光束の多くはメインミラー６７２に反射されてピント板６５２に導かれる。ピント板６５２は、撮像チップ１００の受光面と共役な位置に配されて、レンズユニット５００の光学系が形成した被写体像を可視化する。ピント板６５２に形成された被写体像は、ペンタプリズム６５４およびファインダ光学系６５６を通じてファインダ６５０から観察される。

斜設位置にあるメインミラー６７２に入射した被写体光束の一部は、メインミラー６７２のハーフミラー領域を透過しサブミラー６７４に入射する。サブミラー６７４は、ハーフミラー領域から入射した光束の一部を、合焦光学系６８０に向かって反射する。合焦光学系６８０は、入射光束の一部を焦点検出センサ６８２に導く。焦点検出センサ６８２は、検出結果をボディ側ＣＰＵ６２２へ出力する。

ピント板６５２、ペンタプリズム６５４、メインミラー６７２、サブミラー６７４は、構造体としてのミラーボックス６７０に支持される。このようにミラーボックス６７０は、種々の構造体が取り付けられる、一眼レフカメラ４００において中心となる構造体である。このため、ミラーボックス６７０は、金属等の剛性の高い材料により形成される。上述したように、ミラーボックス６７０は、取付孔１４６を介して撮像ユニット１０に取り付けられる。ミラーボックス６７０に撮像ユニット１０が直接取り付けられるので、ミラーボックス６７０と撮像チップ１００の相対的な位置関係の誤差を低減できる。ミラーボックス６７０は、基準となる構造体であるので、光軸に対して厳密に位置合わせできる。メインミラー６７２およびサブミラー６７４が退避位置に退避し、シャッタユニット３４０の先幕および後幕が開状態となれば、レンズユニット５００を透過する被写体光束は、撮像チップ１００の受光面に到達する。

撮像ユニット１０の後方（ｚ軸プラス方向）には、ボディ基板６２０および背面表示部６３４が順次配置される。液晶パネル等が採用される背面表示部６３４は、カメラボディ６００の背面に現れる。背面表示部６３４は、撮像チップ１００から出力される画素信号から生成される画像を表示する。

ボディ基板６２０には、ＣＰＵ６２２、画像処理ＡＳＩＣ６２４等の電子回路が実装される。撮像チップ１００から出力される画素信号は、例えばフレキシブル基板を介して当該画素信号を処理する処理チップである画像処理ＡＳＩＣ６２４へ引き渡される。

撮像チップ１００は、裏面照射型のＭＯＳイメージセンサでもよい。この場合には、撮像チップ１００において、複数の画素が画素信号を伝送する配線を含む配線層より被写体像の入射側に配置される。

以上説明した一眼レフカメラ４００を撮像装置として捉えることができる。また、以上説明した撮像ユニット１０は、カメラボディ６００に搭載されるので、カメラボディ６００を撮像装置として捉えてもよい。カメラボディ６００は、さまざまな実施形態を採用し得る。上述の例以外にも、ミラーユニットを備えないミラーレスタイプのカメラボディであってもよい。また、撮像装置は、レンズ一体型カメラであってもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ 撮像ユニット、１００ 撮像チップ、１０１ 撮像領域、１０２ 電極パッド、１２０ ガラス基板、１２１ 配線パターン、１２２ 信号線、１２３ グランド線、１２４ 配線部、１２５ 端子部、１２６ 第一辺、１２７ 第二辺、１２８ 遮光フィルム、１２９ 対応領域、１４０ 金属フレーム、１４１ 開口部、１４２ 第一辺、１４３ 第一周縁部、１４４ 第二辺、１４５ 第二周縁部、１４６ 取付孔、１４７ 突出部、１６０ バンプ、１６１ 接着剤、３４０ シャッタユニット、４００ 一眼レフカメラ、５００ レンズユニット、５５０ レンズマウント、６００ カメラボディ、６２０ ボディ基板、６２２ ＣＰＵ、６２４ 画像処理ＡＳＩＣ、６３４ 背面表示部、６５０ ファインダ、６５２ ピント板、６５４ ペンタプリズム、６５６ ファインダ光学系、６６０ ボディマウント、６７０ ミラーボックス、６７２ メインミラー、６７４ サブミラー、６８０ 合焦光学系、６８２ 焦点検出センサ

Claims (10)

1. 画素が複数配列された撮像チップと、
   複数の前記画素を覆うと共に、前記画素から出力された画素信号を伝送する配線パターンを有する透光基板と、
   前記配線パターンのグランド線と電気的に接触して前記透光基板を支持する金属フレームと
   を備える撮像ユニット。
2. 前記透光基板において前記グランド線は、前記配線パターンの信号線よりも、複数の前記画素に対向する領域側に設けられている請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記金属フレームと前記グランド線は、３点で互いに接触する請求項１または２に記載の撮像ユニット。
4. 前記金属フレームと接触する３点の前記グランド線は、互いに接続されている請求項３に記載の撮像ユニット。
5. 前記透光基板において前記グランド線は、複数の前記画素に対向する領域を環囲するように設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
6. 前記グランド線は、前記配線パターンの信号線よりも、線幅が広い請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
7. 前記グランド線の少なくとも一部は、複数の前記画素と対向する面とは反対側の面に設けられている請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
8. 前記透光基板は、前記グランド線が設けられた領域に、遮光処理が施されている請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
9. 前記金属フレームは、他の構造体に取り付ける取付部を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像ユニット。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像ユニットを備える撮像装置。

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