JP6838960B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、角速度センサ等の振れセンサを有する撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置（以下、カメラという）には、角速度センサ（ジャイロセンサ）等の振れセンサによりカメラの振れを検出し、検出したカメラ振れに起因する像振れを低減する像振れ補正機能を有するものがある。特許文献１には、撮影レンズの光軸に平行な２つの平面（互いに直交する２平面）に沿ってそれぞれ配置した２つの振れセンサにより上下方向と水平方向のカメラ振れを検出するカメラが開示されている。

また、カメラによる撮像技法の１つとして流し撮りがある。流し撮りは、被写体の移動に追従してカメラをパンニングしながら撮像することにより、移動している被写体が静止し、背景が流れている画像を取得する撮像技法である。このような流し撮りにおいて被写体の移動速度とパンニング速度とに差があると像振れが生ずる。

特許文献２には、振れセンサからの出力を用いてパンニングがされていることを検出した場合に取得される画像から被写体の動きベクトルを検出するカメラが開示されている。このカメラでは、検出された動きベクトルから判定された被写体像を画像の中央に位置させるための補正量を算出する。そして、この補正量に応じて撮影レンズ内の補正レンズを光軸に対してシフトさせることで像振れを補正して、ユーザが容易に良好な流し撮りを行えるようにしている。

特開２００８−０８９９９５号公報 特開２００６−３１７８４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように複数の振れセンサを用いる場合には、これらを配置する大きなスペースが必要となり、カメラの小型化を妨げる。また、特許文献１，２に開示されているように振れセンサをカメラ内に配置する場合に、振れセンサとそれを固定する部材がカメラの内部ユニットの振動の影響を受けると、正常にカメラ振れを検出することができなくなる。例えば、振れセンサによってカメラ振れを検出する際に、内部ユニットであるシャッタユニットを駆動するモータが発生する振動の影響を受けることで正常なカメラ振れの検出ができなくなる。また、撮影レンズ内の変倍レンズやフォーカスレンズを光軸方向に駆動する際にもこれらの駆動用電源から発生する振動によって正常なカメラ振れの検出ができなくなる。

本発明は、振れセンサにより高精度にカメラ振れを検出することができるようにした小型の撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、被写体側の前面とその反対側の背面とを有し、前面の中心領域及び該中心領域の外縁部の周辺領域に亘って撮像素子が実装された撮像素子基板と、撮像装置の振れを検出する振れセンサとを有する。撮像素子基板は、背面において、撮像素子に電源を供給するための第１の電源パターンを有し、第１の電源パターンは、背面において、振れセンサを取り囲むように撮像素子基板の周辺領域に実装され、且つ撮像素子基板の中心領域に実装されておらず、振れセンサは、そして、撮像素子基板の背面の周辺領域に実装されておらず、背面の中心領域のうち光軸と交わる領域に実装されていることを特徴とする。

本発明によれば、振れセンサにより高精度にカメラ振れを検出することができる小型の撮像装置を実現することができる。

本発明の実施例であるデジタル一眼レフカメラ（カメラ本体）に搭載される撮像素子基板を示す背面図。 実施例のカメラ本体の外観を示す前面側および背面側斜視図。 実施例のカメラ本体の電気的構成を示すブロック図。 実施例のカメラ本体（外装カバーを取り外した状態）を示す前面側および背面側斜視図。 実施例のカメラ本体（外装カバーを取り外した状態）を示す分解斜視図。 実施例における撮像素子基板の配線パターンと角速度センサの配置位置との関係を示す図。 実施例のカメラ本体に搭載される制御基板におけるレンズ駆動用の電源配線パターンを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図２（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例である撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラ（以下、カメラ本体という）１００の外観を示している。また図３は、本実施例のカメラ本体１００内の電気的構成を示している。

カメラ本体１００は外装カバー１０１により覆われている。カメラ本体１００の前面には、不図示の撮像レンズユニット（交換レンズ）が取り外し可能に装着されるマウント５２が設けられている。カメラ本体１００の内部におけるマウント５２の奥には、撮像レンズユニットからの光路内に配置されたミラーユニット２０が設けられている。ミラーユニット２０の背後には、図３に示すシャッタユニット６４や撮像素子６０が配置されている。

主電源スイッチ１０７がオン操作されると、コントローラとしてのカメラマイコン１０は所定のシーケンスによりカメラ本体１００を起動する。カメラ本体１００の起動時には、閃光ユニット１０３はカメラ本体１００内に格納されている。

図２（ｂ）に示すように、カメラ本体１００の背面上部にはファインダ接眼窓１１２が設けられている。また、カメラ本体１００の背面には、各種設定情報や撮像画像等を表示可能な表示モニタ１１０が設けられている。さらに、カメラ本体１００の側面には、撮像画像を記録する半導体メモリ等の外部メモリ（図示せず）を格納するメモリ収納部１１３が設けられている。

図３に示すカメラマイコン１０は、操作検出回路１２により各種操作部材（１０５〜１０８）が操作されたことを検出すると、該操作に対応する動作を行う。例えば、撮像モードダイヤル１０８が操作されて撮像モードが選択されると、選択された撮像モードに対応したシャッタスピードと絞りの組み合わせを決定するプログラム線図を設定する。また、電子ダイヤル１０５が操作されると、露出補正等の設定を行う。さらに、ＩＳＯ感度設定ボタン１０６が操作されると、ＩＳＯ感度条件を設定する。

また、撮像モードダイヤル１０８の操作により自動設定モードが選択された場合には、カメラマイコン１０は以下の動作を行う。操作検出回路１２を通じてレリーズボタン１０４が半押し操作されたことを検出したカメラマイコン１０は、撮像条件制御回路１３を通じて不図示の測光センサを駆動して被写体からの光の輝度を測定する。そして、その測光結果に応じて適切なシャッタスピードと絞り値を決定する。測光結果から輝度が所定値より低いと判定したカメラマイコン１０は、モータ制御回路１４を通じて閃光ユニット１０３を発光位置に移動（ポップアップ）させるように駆動する。

操作検出回路１２を通じてレリーズボタン１０４が全押し操作されたことを検出したカメラマイコン１０は、撮像素子６０に被写体からの光が到達するようにモータ制御回路１４を通じてミラーユニット２０を撮像光路外に退避させるように駆動する。さらに、カメラマイコン１０は、閃光制御回路１１を通じて閃光ユニット１０３を発光させるとともにモータ制御回路１４を通じてシャッタユニット６４を開閉駆動する。これとともにカメラマイコン１０は、撮像素子駆動回路１５を通じて撮像素子６０を駆動し、被写体からの光により形成された被写体像を光電変換（撮像）する。

カメラマイコン１０は、撮像素子６０から撮像信号を取得し、該撮像信号をデータ処理回路１６に送る。データ処理回路１６は、撮像信号に増幅、変換、補正等の画像データ処理を行って撮像画像データを生成する。また、カメラマイコン１０は、記録処理回路１７に撮像画像データを上述した外部メモリに記録させる。

操作検出回路１２を通じてユーザが不図示の画像再生ボタンを操作したことを検出したカメラマイコン１０は、記録処理回路１７に外部メモリ内の撮像画像データを読み出させ、該撮像画像データを表示モニタ１１０に再生画像として表示させる。

次に、カメラ本体１００の内部構造について、図１および図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図１は、破線で示す撮像素子６０が被写体側の前面に実装された撮像素子基板５５を撮像素子６０とは反対側（背面側）から見て示している。撮像素子基板５５は、撮像レンズユニットから撮像素子６０までの光軸に直交する前面と背面（裏面）を有するように配置されている。また、図４（ａ），（ｂ）は、外装カバー１０１を取り外したカメラ本体１００を前面側および背面側から見て示している。図５は、外装カバー１０１を取り外したカメラ本体１００を分解して示している。

図４（ａ），（ｂ）および図５において、５０はカメラ本体１００の骨格となるメインベース（ベース部材）であり、樹脂や金属により形成される。５１はメインベース５０の上部に配置されたペンタプリズム５１であり、撮像光路内に配置されたミラーユニット２０で反射した光（被写体像）をユーザにファインダ接眼窓１１２を通して観察させる。ミラーユニット２０、マウント５２およびシャッタユニット６４は、樹脂により形成されたフロントユニット６３により保持される。フロントユニット６３は、メインベース５０に固定される。

マウント５２は、ステンレス等の金属により形成されたマウント面を有し、撮像レンズユニットをその光軸方向と光軸に直交する方向において位置決めして保持する。マウント５２には、カメラ本体１００と撮像レンズユニットとの間での通信やカメラ本体１００から撮像レンズユニットへの電源供給を行う複数の接点ピン５３が設けられている。

メインベース５０には、制御基板５４が固定されている。制御基板５４は、フレキシブル配線板５６によって撮像素子基板５５と電気的に接続されている。制御基板５４は、光軸方向に直交するように配置され、光軸方向から見てＵ字形状を有する。制御基板５４には、図３に示したカメラマイコン１０を含む複数の電気回路が実装されている。これらの電気回路を駆動するための電源は、電源基板６５により生成される。電源基板６５と制御基板５４は、電源基板６５に設けられたコネクタ６６ａと制御基板５４に設けられたコネクタ６６ｂと結合することによって電気的に接続される。

撮像素子６０は、前述したように被写体像を光電変換するＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサにより構成されている。撮像素子６０は、撮像素子基板５５の前面に半田付けにより固定される。また、撮像素子６０の背面の３箇所には、導体部６１が露出している。

ステンレス等の金属により形成された保持部材としてのセンサ保持プレート５８の３箇所には、撮像素子６０を保持するためのセンサ保持部５９が設けられている。これら３つのセンサ保持部５９が撮像素子６０に設けられた３つの導体部６１と半田付けされる。これにより、センサ保持プレート５８は、撮像素子６０と該撮像素子６０が実装された撮像素子基板５５とを保持する。

また、センサ保持プレート５８は、フロントユニット６３の３箇所に設けられたプレート固定部６２に対して、ピアノ線等の弾性を有する材料により形成された弾性部材としての振動吸収ばね５７を介してビス（図示せず）により固定される。このとき、振動吸収ばね５７が適度に圧縮された（完全には圧縮されていない）状態とする。これにより、撮像素子基板５５を保持するセンサ保持プレート５８は、フロントユニット６３に対して浮遊した状態となる。

フロントユニット６３は、メインベース５０に対してビス（図示せず）により固定される。このため、フロントユニット６３に対して振動吸収ばね５７を介して浮遊保持されたセンサ保持プレート５８は、メインベース５０に対しても浮遊していることになる。つまり、撮像素子基板５５は、フロントユニット６３およびメインベース５０からなるベースユニットに対して浮遊した状態で保持されている。図１に示すように、撮像素子基板５５の背面にはカメラ本体１００の振れを検出する振れセンサとしての角速度センサ７０が実装されている。このため、上記のような撮像素子基板５５の浮遊保持構成により、角速度センサ７０がカメラ本体１００の振れ（以下、カメラ振れという）を検出する際に、該角速度センサ７０にシャッタユニット６４を駆動するモータ等が発生する振動がほとんど伝わらない。この結果、角速度センサ７０は、カメラ振れを正常（高精度）に検出することができる。

角速度センサ７０は、撮像素子基板５５の背面に半田付けにより保持されるとともに電気的に接続されている。角速度センサ７０から出力される振れ検出信号は、撮像素子基板５５からフレキシブル配線板５６を介して制御基板５４に送られ、制御基板５４に実装されたカメラマイコン１０に入力される。カメラマイコン１０は、振れ検出信号を用いてカメラ本体１００の振れ量（角度変化量）を算出し、該振れ量から像振れを補正するための防振制御を行ったり、カメラ本体１００がパンニングされているか否かの判定を行ったりする。

このように、本実施例では、角速度センサ７０が実装された撮像素子基板５５（センサ保持プレート５８）がフロントユニット６３およびメインベース５０に対して浮遊した状態で保持される。このため、フロントユニット６３により保持されたシャッタユニット６４の駆動等による不要な振動が発生しても、その不要な振動が角速度センサ７０に伝わることを抑制することができる。したがって、不要な振動が角速度センサ７０によるカメラ振れの検出に影響を与えることを抑制することができる。

次に、図６（ａ），（ｂ）および図７を用いて、角速度センサ７０の撮像素子基板５５上での望ましい実装位置について詳しく説明する。図６（ａ）は、図５に示した撮像素子基板５５におけるＤ−Ｄ線での断面を示している。

図６（ａ）に示すように、撮像素子基板５５は、プリント配線基板であり、６層の導体層Ｌ１〜Ｌ６と、これら導体層Ｌ１〜Ｌ６間を絶縁する５層の絶縁層ｉ１〜ｉ５とを有する６層基板である。より詳しくは、撮像素子基板５５は、導体層Ｌ３，Ｌ４と絶縁層ｉ３とからなる２層基板をコアとし、そのコアの表裏にビルドアップ層としての導体層Ｌ２，Ｌ１および導体層Ｌ５，Ｌ６を積層した２−２−２構成の６層ビルドアップ配線基板である。

この撮像素子基板５５において、角速度センサ７０は、撮像素子６０が実装された前面とは反対側の背面に実装されている。さらに、角速度センサ７０は、撮像素子基板５５の背面のうち中心領域に実装されている。ここにいう中心領域は、例えば撮像素子基板５５が図１や図６（ｂ）に示すように光軸方向から見て概ね矩形である場合にはその四辺のそれぞれから最も離れた点または２本の対角線の交点を含む領域である。また、本実施例では、撮像素子基板５５の中心領域は、撮像素子６０の中心（光軸位置）を通る軸OC上の点を含む領域である。

本実施例で用いられる角速度センサ７０は、互いに直交する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸回りのカメラ振れを検出するが、これらの３軸が形成する３つの平面（ＸＹ面、ＹＺ面およびＺＸ面）に対して傾くことなく固定する必要がある。しかしながら、一般に基板に電気部品を実装する際に、半田の融点までの温度上昇によって基板に反りが生じ、電気部品の実装後においても基板の反りが残った状態になることが多い。そして、この基板の反り量は、基板の中心部から周辺部に向かって大きくなる。

仮に基板の周辺部に角速度センサ７０を実装すると、より傾いた平面に角速度センサ７０を固定することになり、この結果、角速度センサ７０による正常なカメラ振れの検出が行えなくなるおそれがある。このため、本実施例では、角速度センサ７０を撮像素子基板５５の中心領域、すなわち反りが最も少ない領域に実装することにより、角速度センサ７０を上記３つの平面に対してほとんど傾くことなく固定している。これにより、角速度センサ７０により検出されるカメラ振れの信頼性を向上させることができる。

図６（ｂ）は、角速度センサ７０を実装した撮像素子基板５５の背面側の配線パターンを示している。第１の電源パターンとしての配線パターンＬ６ｃは、撮像素子６０を駆動するための電源パターンであり、以下の説明では撮像素子電源パターンＬ６ｃという。この撮像素子電源パターンＬ６ｃは、撮像素子基板５５の背面において角速度センサ７０が実装された中心領域（以下、実装領域という）とは異なる周辺領域に形成されている。破線Ｌ５ｃで示すように、撮像素子電源パターンＬ６ｃより下層の導体層Ｌ１〜Ｌ５に電源パターンを形成する場合においても、角速度センサ７０の実装領域がそのような撮像素子電源パターンとは基板厚み方向（光軸方向）において重ならない領域に形成する。これは、角速度センサ７０が、撮像素子６０の駆動時に電源パターンＬ６ｃから発生する振動の影響を受けないようにするためである。

また、電源パターンＬ６ｃは、撮像レンズユニットを駆動する際に用いられる第２の電源パターンとしてのレンズ駆動用電源パターンとは異なる。レンズ駆動用の電源は、電源基板６５により生成されて制御基板５４に供給される。図７に示すように、制御基板５４には、このレンズ駆動用電源の供給を受け、さらに撮像レンズユニットに供給するための電源パターン８０が設けられている。この電源パターン８０は、撮像素子基板５５を介することなく前述した接点ピン５３にレンズ駆動用電源を供給し、撮像レンズユニットへの電源供給を可能とする。

図７は電源パターン８０が制御基板５４の表層に形成された場合を示したが、制御基板５４の内層に形成されてもよい。

以上の構成により、レンズ駆動用電源の供給により発生する振動やノイズの影響が撮像素子用電源パターンＬ６ｃを介して角速度センサ７０に及ぶことを抑制することができる。

以上説明したように、本実施例では、角度センサ７０はカメラ本体１００内においてシャッタユニット等の振動を発生する内部ユニットに対して浮遊した状態で保持されているため、その振動の影響を受けにくい。また、角速度センサ７０は撮像素子基板５５の中心領域に配置されることで、撮像素子基板５５の反りの影響も受けにくい。さらに、角速度センサ７０は、撮像素子用電源パターンやレンズ駆動用の電源パターンからも分離されているため、これら電源パターンから発生する振動の影響も受けにくい。加えて、撮像素子基板５５とベースユニットに保持された制御基板５４とをフレキシブル配線板５６を介して接続しているので、ベースユニット側の内部ユニットで生じた振動が撮像素子基板５５、つまりは角速度センサ７０に伝わりにくい。これらのことにより、角速度センサ７０は、カメラ振れを高精度に検出することができる。

なお、上記実施例では、角速度センサ７０を撮像素子基板５５の背面のうち中心領域に実装した場合について説明したが、必ずしも中心領域に実装しなくてもよい。すなわち、撮像素子基板５５の背面のうち撮像素子用電源パターンが配置された周辺領域よりも中心側の領域に実装されていればよい。

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

５５ 撮像素子基板
６０ 撮像素子
７０ 角速度センサ
１００ 撮像装置（カメラ本体）

Claims (7)

1. 被写体像を撮像する撮像素子を有する撮像装置であって、
   被写体側の前面とその反対側の背面とを有し、前記前面の中心領域及び前記中心領域の外縁部の周辺領域に亘って前記撮像素子が実装された撮像素子基板と、
   前記撮像装置の振れを検出する振れセンサとを有し、
   前記撮像素子基板は、前記背面において、前記撮像素子に電源を供給するための第１の電源パターンを有し、
   前記第１の電源パターンは、前記背面において、前記振れセンサを取り囲むように前記撮像素子基板の周辺領域に実装され、且つ前記撮像素子基板の中心領域に実装されておらず、
   前記振れセンサは、前記撮像素子基板の前記背面の周辺領域に実装されておらず、前記背面の中心領域のうち光軸と交わる領域に実装されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像素子基板は、第２の電源パターンを更に有し、
   前記振れセンサは、前記撮像素子基板の前記背面のうち前記第１および第２の電源パターンに対して基板厚み方向において重ならない領域に実装されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子基板を保持する保持部材と、該保持部材を保持するベースユニットとを有し、
   前記保持部材は、弾性部材を介して前記ベースユニットにより保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記振れセンサの出力を用いて前記撮像装置を制御するコントローラが実装された制御基板を有し、
   前記制御基板は、前記ベースユニットにより保持されており、
   前記制御基板と前記撮像素子基板とがフレキシブル配線板によって接続されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記振れセンサは、互いに直交する３つの軸回りでの前記振れを検出することを特徴とする請求項１から４に記載の撮像装置。
6. 前記振れセンサは、角速度センサであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
7. 前記制御基板は、前記被写体像を形成する撮像レンズユニットに電源を供給するための第３の電源パターンを有することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。