JP2004153503A - カメラモジュールおよび角速度センサ部品の筐体への実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話用途のような撮像装置に対して手振れ補正機能を付与するために、撮像装置を小型化しつつかつ角速度センサ部品を撮像装置に搭載可能な実装構造を提供する。
【解決手段】撮像時の手振れ補正機能を備えたカメラモジュール１を提供する。モジュルー１は、少なくとも撮像系部品を収容し、撮像時の光軸Ｚに略平行な第一の外側面２ｂおよび第二の外側面２ｃを備えている筐体２、光軸Ｚに略垂直な第一の軸Ｘの周りの回転角速度を測定するための第一の角速度センサ部品４Ａ、および光軸Ｚに略垂直であって第一の軸Ｘと交差する第二の軸Ｙの周りの回転角速度を測定するための第二の角速度センサ部品４Ｂを備えている。第一の外側面２ｂ上に第一の角速度センサ部品４Ａが取り付けられており、第二の外側面２ｃ上に第二の角速度センサ部品４Ｂが取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カメラモジュールおよび角速度センサ部品の筐体への実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１には、手振れ補正機能を備えた撮像装置が記載されている。即ち、撮像装置のＣＣＤ素子等の撮像系部品および電子部品を筐体内に収容し、光学系部品（例えばレンズ系）を収容した鏡筒を筐体の上面から突出させる。そして、筐体の上面に、角速度センサ部品のパッケージを２つ設置し、固定している。そして、一方の角速度センサ部品によってヨーイングを検出し、他方の角速度センサ部品によってピッチングを検出し、各検出値に基づいてレンズの姿勢を制御し、撮影像の手振れ補正を試みている。
【特許文献１】
特開２００２−２６２１５５号公報
【０００３】一方、最近は携帯電話に撮像装置を搭載し、画像を撮影する方式が注目を集めている。２００３年には１／４インチ型の撮像素子で総画素数１３０万のＣＣＤ素子が開発され、搭載されようとしている。これによって、デジタルカメラに代わる新規市場が開拓されようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、携帯電話に搭載される撮像装置の画素数が増大し、画質が向上するのにつれて、手振れの問題が深刻になってくるものと思われる。なぜなら、携帯電話によって撮像を行うときには、通常手振れのない正しい撮像姿勢をとることは難しいからである。しかし、携帯電話に搭載される撮像装置の寸法は小さく、これに手振れ補正機能を搭載する目処は立っていない。特許文献１に記載の方法では、角速度センサ部品を筐体上に搭載すると、筐体の面積が大きくなる上、角速度センサ部品それ自体の寸法も大きく、例えば携帯電話用途の撮像装置には適用できない。
【０００５】本発明の課題は、携帯電話用途のような撮像装置に対して手振れ補正機能を付与するために、撮像装置を小型化しつつかつ角速度センサ部品を撮像装置に搭載可能な実装構造を提供することである。
【０００６】また、本発明の課題は、角速度センサ部品を、小型化された筐体へと確実かつ容易に実装可能な実装構造を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、撮像時の手振れ補正機能を備えたカメラモジュールであって、少なくとも撮像系部品を収容し、撮像時の光軸に略平行な第一の外側面および第二の外側面を備えている筐体、撮像時の光軸に略垂直な第一の軸の周りの回転角速度を測定するための第一の角速度センサ部品、および光軸に略垂直であって第一の軸と交差する第二の軸の周りの回転角速度を測定するための第二の角速度センサ部品を備えており、第一の外側面上に第一の角速度センサ部品が取り付けられており、第二の外側面上に第二の角速度センサ部品が取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】本発明者は、カメラモジュールの撮像系部品を収容している筐体の複数の側面（光軸と略平行な平面）上に、それぞれ角速度センサ部品を実装することを想到した。この結果、筐体の寸法増大、特に平面的な寸法増大を防止しつつ、かつ角速度センサ部品を撮像装置に搭載可能な実装構造を提供することに成功した。
【０００９】また、本発明は、角速度センサ部品の筐体への実装構造であって、筐体に固定され、角速度センサ部品が実装されたフレキシブル基板を備えており、フレキシブル基板が折り曲げられており、角速度センサ部品が筐体に接合されていることを特徴とする。
【００１０】こうした実装構造によれば、角速度センサ部品を、小型化された筐体へと確実かつ容易に実装可能であり、また実装後も角速度センサ部品が安定して保持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る実装構造を模式的に示す斜視図である。本例の撮像装置１は、少なくとも撮像系部品を収容する筐体２と、筐体の上面２ａから光軸Ｚの方向に突出する鏡筒３とを備えている。光学系部品は、例えば対物レンズ、補正レンズ等である。撮像系部品は、例えばＣＣＤ素子等の撮像素子およびその周辺部品である。筐体２中には、撮像系部品から得られた電気信号を処理するための電子部品が搭載されていてもよい。あるいは、筐体２中の撮像系部品からの電気信号を筐体の外部へと伝送し、処理することができる。
【００１２】撮像装置１を使用して撮像する際には、光軸Ｚとは略垂直な二軸（Ｘ軸およびＹ軸）方向の位置変化（いわゆる手振れ）を補正することが、高品質の画像を得るために必要不可欠である。このためには、Ｘ軸の周りの回転角速度θＸおよびＹ軸の周りの回転角速度θＹを測定する必要がある。
【００１３】本例で使用する角速度センサ部品４Ａ、４Ｂはいずれも平板状をなしており、それぞれ最も広い主面４ａに略垂直な方向の回転角速度を検出可能なように設計されている。ｄＸは部品４Ａの回転角速度の検出軸を示しており、ｄＹは部品４Ｂの回転角速度の検出軸を示している。本例の各部品４Ａ、４Ｂ中には、各検出軸ｄＸ、ｄＹにそれぞれ略垂直な所定面に伸びる振動子が収容されている。この型の振動子は、いわゆる「横置き」の振動子と呼ばれている。こうした振動子を使用する部品４Ａ、４Ｂは、検出軸方向の高さが低いという点で優れている。
【００１４】本発明に従い、部品４Ａは、光軸Ｚに略平行な第一の外側面２ｂ上に設置する。部品４Ｂは、光軸Ｚに垂直であり、外側面２ｂに略垂直な第二の外側面２ｃ上に設置する。２ｄは筐体２の底面である。
【００１５】これまで、筐体２の外側面２ｂ、２ｃ上への角速度センサ部品の実装が想到されてこなかった理由は、以下のように推測される。携帯電話用のカメラモジュールの寸法は、例えば７．８０ｍｍ×６．９８ｍｍ×４．９８ｍｍである（例えば富士通株式会社製のＣＭＯＳカラーイメージセンサモジュール「ＭＢ８６Ｓ０２）。これに対して、通常のジャイロセンサの寸法例は１２．２ｍｍ×７．０ｍｍ×２．６ｍｍであり、カメラモジュールの筐体自体へと取り付けるという発想は生じ得なかったものと思われる。しかし、最新の角速度センサ部品の寸法は、５ｍｍ×３．２ｍｍ×１．２ｍｍ程度まで小型化可能であり、筐体の側面に光軸に平行に実装することは可能であることが分かった。
【００１６】図２の例においては、筐体２の第一の外側面２ｂ上に平板状の第一の角速度センサ部品６Ａが設置されており、第二の外側面２ｃ上に平板状の第二の角速度センサ部品６Ｂが設置されている。部品６Ａによる回転角速度の検出軸ｄＸはＸ軸（第一の軸）であり、部品６Ｂによる回転角速度の検出軸はＹ軸（第二の軸）である。各部品内には、いわゆる縦置きの振動子が収容されている。即ち、各振動子は、それぞれ対応する検出軸ｄＸまたはｄＹに対して略平行に伸びるように形成されている。
【００１７】また、本発明においては、筐体を更に支持基板上に実装し、この支持基板上に、光軸の周りの回転角速度を検出可能な第三の角速度センサ部品を実装することができる。これによって、３方向の軸に対する回転角速度を測定可能となり、手ぶれ補正に加えて、支持基板を搭載する機器で３軸の角速度を利用する用途への対応が容易に実現できる。
【００１８】図３、図４はこの実施形態に係るものである。図３、図４において、図１、２に既に示した構成部分には同じ符号を付け、その説明は省略することがある。図３の例では、筐体２が支持基板８の実装面８ａ上に実装されており、更に実装面８ａ上に平板状の角速度センサ部品４Ｃが実装されている。角速度センサ部品４Ｃの検出軸ｄＺは光軸Ｚである。この角速度センサ部品４Ｃはいわゆる横置き型であり、内部の振動子は、光軸Ｚに対して略垂直な平面内に延びている。このような構成であると、支持基板８上への角速度センサ部品の実装が容易かつ確実である。
【００１９】図４の例では、筐体２が支持基板８の実装面８ａ上に実装されており、更に実装面８ａ上に平板状の角速度センサ部品６Ｃが実装されている。角速度センサ部品６Ｃの検出軸ｄＺは光軸Ｚである。この角速度センサ部品６Ｃはいわゆる縦置き型であり、内部の振動子は、光軸Ｚに対して略平行な平面内に延びている。
【００２０】本発明においては、各角速度センサ部品を筐体の外側面へと固定するが、この固定方法は限定されず、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、機械的固定など種々の方法であってよい。
【００２１】好適な実施形態においては、フレキシブル基板上に角速度センサ部品を実装した後に、フレキシブル基板を筐体の底面に固定し、かつ折り曲げることによって、各外側面上に各角速度センサ部品を固定する。図５、図６はこの実施形態に係るものである。
【００２２】図５に示すように、筐体２の底面２ｄにフレキシブル基板９Ａ、９Ｂを固定する。そして、各フレキシブル基板９Ａ、９Ｂの露出部分上にそれぞれ角速度センサ部品４Ａ、４Ｂを実装する。１０は配線である。次いで各フレキシブル基板９Ａ、９Ｂを矢印Ａのように折り曲げ、図６に示すように各角速度センサ部品４Ａ、４Ｂを外側面２ｂ、２ｃに接触させる。この際、各部品４Ａ、４Ｂと筐体２とを接着することが好ましい。こうした実装方法であると、各角速度センサ部品の配線はフレキシブル基板上で予め実行することできるので、配線が容易である。また、各角速度センサ部品を各外側面上に実装するためには、各部品の側面上での位置決めが必要であり、光軸方向からの平面的な位置決めはできない。これに対して、本実施形態では、各部品４Ａ、４Ｂをフレキシブル基板９Ａ、９Ｂ上に実装する際には、光軸Ｚ方向からの平面的な位置決めを行うことができるので、各部品の実装が容易かつ確実である。
【００２３】フレキシブル基板上には、各角速度センサ部品と共に他の電子部品を実装しておくことができる。こうした電子部品の種類は特に限定されないが、抵抗抗器、コンデンサ、半導体集積回路チップを例示できる。チップの種類は特に限定されないが、角速度センサの出力信号を処理する半導体集積回路であることが好ましく、たとえばフィルタを構成するオペアンプやアナログ出力をデジタル化するアナログ／デジタル変換器や、デジタル化した信号を外部にシリアル通信で出力するシリアル通信ドライバが好ましい。角速度センサ外部から振動子に直接接続できる端子がある場合は、振動子の駆動信号および検出信号を制御する半導体集積回路チップであることが好ましく、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け集積回路）が好ましい。
【００２４】例えば図７に示すように、フレキシブル基板９Ａ（９Ｂ）上には、角速度センサ部品４Ａ（４Ｂ）と共に、半導体集積回路チップ１１や他の電子部品１２を搭載実装できる。
【００２５】角速度センサ部品における振動子の封止方法は限定されず、例えば以下の方法がある。
（１）封止手段が半導体チップ用パッケージである。このようなパッケージとしては、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ） パッケージ、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏ −ｌｅａｄ）パッケージを例示できる。
（２）封止手段が樹脂モールド材である。樹脂モールド材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂を例示できる。
（３）封止手段が、セラミックパッケージである。カバーは、シーム溶接されているか、あるいは半田溶接または金ロウ溶接されていることが好ましい。
（４）封止手段が金属パッケージである。材料としては、コバールが例示できる。
（５）封止手段が金属折り曲げ筐体である。気密封止にはなっていないが、電磁気シールドとしての効果はある。材料としては亜鉛メッキ鋼板、ステンレスを例示できる。
【００２６】フレキシブル基板は、柔らかく薄いフィルム状の回路基板であり、一般的にはポリイミドのフィルム上に銅配線を施した基板が多く用いられている。設計の自由度の高さから、最近は小型・精密化の進むエレクトロニクス製品の多くに採用されている。
【００２７】振動子を構成する材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺＴ等の圧電セラミックスを例示でき、また恒弾性金属を例示できる。好ましくは、振動片が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ_３）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。
【００２８】角速度センサ部品の寸法は限定されない。しかし、高さは２ｍｍ 以下であることが好ましく、実装面積は３０ｍｍ^２以下であることが好ましい。
【００２９】以下、撮像装置の手振れ補正機能の一例を、図８を参照しつつ簡単に説明する。撮像の際には、固体撮像素子２によって、光学系３を介して入射する映像を電気信号に変換する。固体撮像素子２により得られた映像信号に対し、ガンマ処理などのアナログ信号処理を施し、アナログ信号をデジタル信号に変換し、ノイズ除去や輪郭強調等のデジタル信号処理を施す。
【００３０】光学系３は、例えば３つのレンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を備えている。Ｌ２レンズ群を補正レンズ群とし、光軸に垂直な面内で移動することで、光軸を偏心させ、画像の動きを補正可能である。ここで、Ｘ軸方向をヨーイング方向、Ｙ軸方向をピッチング方向とする。位置検出手段１３は、Ｌ２レンズ群の位置を検出する検出手段である。ヨーイング駆動制御手段１４及びピッチング駆動制御手段１５は、補正レンズ群Ｌ２を、光学系２の光軸Ｚに直交するＸ，Ｙ軸方向に駆動制御可能である。
【００３１】角速度センサ４Ａ、４Ｂは前述のものである。各角速度センサは、それぞれヨーイング及びピッチングの２方向の動きを検出する。各角速度センサ部品からの出力は、フィルタ処理、アンプ処理等を経て、Ａ／Ｄ変換手段１７でデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ１８に伝送される。マイクロコンピュータ１８は、角速度センサ部品からの出力信号に対し、フィルタリング、積分処理、位相補償、ゲイン調整、クリップ処理等を施し、動き補正に必要な補正レンズ群Ｌ２の駆動制御量（制御信号）を求める。この制御信号はＤ／Ａ変換手段１６を介してヨーイング駆動制御手段１４、ピッチング駆動制御手段１５に出力される。ヨーイング駆動制御手段１４、ピッチング駆動制御手段１５は、この制御信号に基づき、補正レンズ群Ｌ２を駆動し、画像の動きを補正する。１９、２０は、ヨーイングおよびピッチング電流検出手段であり、撮像者の姿勢を検出するのに用いられる。
【００３２】図５〜図７の例では、フレキシブル基板上の角速度センサ部品を撮像装置の外側面へ実装した。しかし、この実装構造は、例えば、角速度センサ部品の以下の装置への実装に利用可能である。
ペン入力判別装置、ロボット関節駆動装置、宅配便荷物タグ、仮想現実入力装置、ゲーム機器用入力装置、カメラスタビライザ。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、携帯電話用途のような撮像装置に対して手振れ補正機能を付与するために、撮像装置を小型化しつつかつ角速度センサ部品を撮像装置に搭載可能な実装構造を提供できる。また、本発明によれば、角速度センサ部品を、小型化された筐体へと確実かつ容易に実装可能な実装構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る実装構造を模式的に示す斜視図であり、角速度センサ部品４Ａ、４Ｂが外側面２ｂ、２ｃに実装されている。
【図２】本発明の他の実施形態に係る実装構造を模式的に示す斜視図であり、角速度センサ部品６Ａ、６Ｂが外側面２ｂ、２ｃに実装されている。
【図３】本発明の他の実施形態に係る実装構造を模式的に示す斜視図であり、角速度センサ部品４Ａ、４Ｂが外側面２ｂ、２ｃに実装されており、支持基板８上に第三の角速度センサ部品４Ｃが実装されている。
【図４】本発明の他の実施形態に係る実装構造を模式的に示す斜視図であり、角速度センサ部品６Ａ、６Ｂが外側面２ｂ、２ｃに実装されており、支持基板８上に第三の角速度センサ部品６Ｃが実装されている。
【図５】カメラモジュール１の筐体２の底面２ｄにフレキシブル基板９Ａ、９Ｂを固定し、各フレキシブル基板上に角速度センサ部品４Ａ、４Ｂを実装した状態を示す。
【図６】各フレキシブル基板を折り曲げ、各角速度センサ部品を筐体２の外側面上に接合した状態を示す。
【図７】フレキシブル基板上に角速度センサ部品４Ａ、４Ｂ、半導体集積回路チップ１１および他の電子部品１２が実装された状態を模式的に示す斜視図である。
【図８】カメラモジュールの手振れ補正機能の遂行手順の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】１ カメラモジュール ２ 筐体 ２ａ 筐体２の上面 ２ｂ 筐体２の第一の外側面 ２ｃ 筐体２の第二の外側面２ｄ 筐体２の底面 ３ 鏡筒 ４Ａ、６Ａ 第一の角速度センサ部品 ４Ｂ、６Ｂ 第二の角速度センサ部品 ４Ｃ、６Ｃ第三の角速度センサ部品 ４ａ 角速度センサ部品の最も広い主面 ８ 支持基板 ８ａ 支持基板８の実装面 ９Ａ、９Ｂ フレキシブル基板 １０ 配線 １１、１２ 電子部品 Ｘ 第一の軸 Ｙ 第二の軸 Ｚ 撮像光学系の光軸

Claims (15)

1. 撮像時の手振れ補正機能を備えたカメラモジュールであって、
   少なくとも撮像系部品を収容し、撮像時の光軸に略平行な第一の外側面および第二の外側面を備えている筐体、前記光軸に略垂直な第一の軸の周りの回転角速度を測定するための第一の角速度センサ部品、および前記光軸に略垂直であって前記第一の軸と交差する第二の軸の周りの回転角速度を測定するための第二の角速度センサ部品を備えており、前記第一の外側面上に前記第一の角速度センサ部品が取り付けられており、前記第二の外側面上に前記第二の角速度センサ部品が取り付けられていることを特徴とする、カメラモジュール。
2. 前記第一の外側面が前記第一の軸に対して略垂直であることを特徴とする、請求項１記載のカメラモジュール。
3. 前記第二の外側面が前記第二の軸に対して略垂直であることを特徴とする、請求項１または２記載のカメラモジュール。
4. 前記第一の角速度センサ部品と前記第二の角速度センサ部品との少なくとも一方が板状部品であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載のカメラモジュール。
5. 前記筐体を実装する支持基板を備えており、この支持基板上に、前記光軸の周りの回転角速度を検出するための第三の角速度センサ部品が設置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載のカメラモジュール。
6. 前記筐体に固定されたフレキシブル基板を備えており、前記第一の角速度センサ部品と前記第二の角速度センサ部品との少なくとも一方が前記フレキシブル基板上に実装されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載のカメラモジュール。
7. 前記筐体が前記光軸に対して略垂直な底面を備えており、前記フレキシブル基板が前記底面に固定されており、かつ折り曲げられていることを特徴とする、請求項６記載のカメラモジュール。
8. 前記フレキシブル基板上に電子部品が実装されていることを特徴とする、請求項６または７記載のカメラモジュール。
9. 角速度センサ部品の筐体への実装構造であって、
   前記筐体に固定され、前記角速度センサ部品が実装されたフレキシブル基板を備えており、このフレキシブル基板が折り曲げられており、前記角速度センサ部品が前記筐体に接合されていることを特徴とする、角速度センサ部品の筐体への実装構造。
10. 前記筐体が底面およびこの底面と略垂直な外側面を備えており、前記フレキシブル基板が前記底面に固定されていることを特徴とする、請求項９記載の実装構造。
11. 前記フレキシブル基板上に電子部品が実装されていることを特徴とする、請求項９または１０記載の実装構造。
12. 前記筐体が、少なくとも撮像系部品を収容し、撮像時の光軸に略平行な第一の外側面および第二の外側面を備えており、前記角速度センサ部品が、前記光軸に略垂直な第一の軸の周りの回転角速度を測定するための第一の角速度センサ部品および前記光軸に略垂直であって前記第一の軸と交差する第二の軸の周りの回転角速度を測定するための第二の角速度センサ部品を含み、前記第一の外側面上に前記第一の角速度センサ部品が取り付けられており、前記第二の外側面上に前記第二の角速度センサ部品が取り付けられていることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一つの請求項に記載の実装構造。
13. 前記第一の外側面が前記第一の軸に対して略垂直であることを特徴とする、請求項１２記載の実装構造。
14. 前記第二の外側面が前記第二の軸に対して略垂直であることを特徴とする、請求項１２または１３記載の実装構造。
15. 前記第一の角速度センサ部品と前記第二の角速度センサ部品との少なくとも一方が板状部品であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一つの請求項に記載の実装構造。

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