JPH0532951B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、限られた画素数の固体撮像素子を用
いて高い解像度を得ることができる固体撮像装置
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

CCD等の固体撮像素子は、半導体基板上に複
数の画素を二次元配列して構成され、その解像度
は画素数によつて定まる。半導体基板上に形成す
る画素の数は製造技術により制限されるため、高
解像度化も制限される。

このような問題に対処するため、固体撮像素子
チツプ基板を、撮像動作の無効期間に振動中心が
位置するように受光面に平行な方向に所定周期が
振動させることにより高解像度化する試みがなさ
れている。例えばインターライン転送方式CCD
（以下IT−CCD）では、感光部に蓄積された信号
電荷が垂直ブランキング期間（無効期間）におい
て同時に垂直CCDレジスタに転送され、次のフ
イールド有効期間中に読出されるという撮像動作
を行うため、上記の如き振動を与えることによ
り、みかけ上画素数を多くしたと同等の効果によ
り、高解像度化が図られる。

このような固体撮像素子の偏向を行う手段とし
て、例えば固体撮像素子側に固定された可動コイ
ルを電磁石により駆動するものが提案されている
（特開昭58−29275号公報）。

しかしながらこの電磁駆動方式では、固体撮像
素子の特徴の一つである小型、軽量化が十分に発
揮できない。また可動コイルを動かすのに十分な
磁力を発生させるためには電磁石に流す電流も大
きいものを必要とし、消費電力が増大するという
問題もある。

一方、VTRでのオートトラツキングのための
ビデオヘツド偏向素子等の微小変位発生装置とし
て、圧電板を開いたバイモルフ振動子を用いるこ
とが知られており、これをCCD撮像素子の偏向
に利用することが考えられる。

しかしながら、ビテオヘツド偏向素子としての
バイモルフ振動子は片持梁で用い、その先端にビ
デオヘツドを取付けるようになつている。一般に
５〜10mgと軽量なビデオヘツドの場合にはこれで
も問題ないが、固体撮像素子の場合、代表的なも
ので30.5×15mm²、25ｇ程度の大きさ、重量がある
ため、片持梁方式ではバイモルフ振動子の耐久性
に問題がある。またこのようなバイモルフ振動子
の先端に固体撮像素子を取付けた場合、固体撮像
素子は偏向量とともに受光面の傾斜が大きくな
る。このことは固体撮像素子面内での光学的情報
の不均一性を生じ、結像光学系の焦点位置と受光
面の間にずれを生じるため、十分な性能を発揮で
きなくなる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、バイ
モルフ振動子により固体撮像素子に振動を与える
方式を利用して、全体として小型軽量化を図ると
ともに、高信頼性、高性能を発揮できるようにし
た固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はバイモルフ振動子を両端支持型として
変位素子を構成し、このバイモルフ変位素子によ
り固体撮像素子をその受光面に平行な方向に振動
を与えるように構成する。そしてバイモルフ変位
素子とこれに取付けられた固体撮像素子とは、パ
ツケージ内に封入する。この場合、バイモルフ変
位素子は両端を直接パツケージ本体により支持
し、かつその両端支持部を介して電極をパツケー
ジのリード端子に接続する構成とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の電磁駆動型と異なり、
固体撮像装置全体の小型、軽量化が図られる。し
かも本発明では、バイモルフ変位素子を片持梁で
はなく両端支持型とするため、耐久性、信頼性に
優れたものが得られる。また片持梁と異なり、固
体撮像素子の受光面が偏向により傾斜することな
く、高い平行度を保つた振動を与えることができ
る。特に、２個のバイモルフ変位素子をその電極
面が互に平行になるように配置して、これらにま
たがるように固体撮像素子を支持すれば、受光面
の安定な平行振動が可能である。この結果、性能
面でも優れた固体撮像装置を実現できる。

また、本発明においては、バイモルフ変位素子
の両端をパツケージ本体に設けたスリツト等によ
り直接支持し、かつその両端支持部を介してバイ
モルフ変位素子の電極をパツケージのリード端子
に接続する。従つて、組立ても容易であり、また
振動面の電極をワイヤにより取出すことをしない
から、この点でも信頼性向上が図れる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を説明する。第１図は一実
施例の固体撮像装置の分解斜視図である。１０は
パツケージ本体となるセラミツク枠体、２０は底
板であり、３０ａおよび３０ｂは両端支持型のバ
イモルフ変位素子、４０はフレキシブルプリント
配線板、５０は固定座、６０は固体撮像素子、７
０は受光窓を兼ねる透明な上蓋である。フレキシ
ブルプリント配線板４０に固定座５０を取付け
て、この固定座５０に固体撮像素子６０をマウン
トし、これらをバイモルフ変位素子３０ａ，３０
ｂの上に重ねた状態が第２図である。この状態で
枠体１０内に組込んで必要なハンダ付け等を行
い、底板２０および上蓋７０を取付けることによ
り、パツケージングされた固体撮像装置が得られ
ることになる。

各部の構造および組立て工程を更に詳しく説明
する。

セラミツク枠体１０には、予め多数のリード端
子１１が設けられ、また内面の相対向する二面に
バイモルフ変位素子３０ａ，３０ｂの両端を支持
固定するための二対のスリツト１２，１２₁〜１
２₄がレーザ加工により形成されている。バイモ
ルフ変位素子３０ａ，３０ｂは、それぞれバイモ
ルフ振動子３１，３１ａ，３１ｂの両端に、両端
支持構造としてしかも十分な横効果による変位量
が得られるように、スプリング作用を有する支持
具３２，３２₁〜３２₄が取付けられている。支持
具３２はバイモルフ変位素子３０ａ，３０ｂに電
源を供給する電極取出し端子をも兼ねており、ス
リツト１２に挿入してハンダ付け等により固定す
ることにより、予めセラミツク枠体１０にスリツ
ト１２の部分を含めてメタライズされた導体パタ
ーン１３，１３₁〜１３₄を介してリード端子１１
に電気的に接続されるようになつている。

第３図ａ，ｂはバイモルフ振動子３１の構造を
示す平面図と正面図である。電圧素子基板３３，
３３₁，３３₄としては、PZT系、PbTiO₃−
PdZrO₃−Pb（Coy₂Wy₂）O₃等の三成分系その他
の電歪材料を用い得る。また電極３４，３４₁〜
３４₄は、Ni、Cu等のメツキ法、Ag、Auペース
トによる焼付け法、Ag、Al、Au、Ni等の蒸着
またはスパツタ法等により得られる。本実施例で
は、PZT系材料を用い、電極３４はコンダクテ
イブペーストNo.4510（昭栄化学工業製）を塗布乾
燥後、700℃で焼付ける方法で形成した。

ここで注意すべきは、各圧電素子基板３３の相
対向する電極３４を、一方の主面から長手方向端
面を通つて他方の主面に回し込んだ構造としてい
ることである。この回し込み電極を分離するため
に、スリツト３８，３８₁，３８₄が各基板に２個
所ずつ設けられる。スリツト３８の位置は、圧電
素子特性を損うことがないように、長手方向の端
部近傍にくるようにする。このように回し込み電
極３４が形成された２枚の圧電基板を、間に真ち
ゆう等からなるシム材３５を挿入し、接着剤３６
により結合して一体化することにより、バイモル
フ振動子が得られる。

なお、振動子３１の上端には固定座５０を固定
するためにシム材３５により一体形成した位置合
せ用の突起３７，３７₁〜３７₂を設けている。

このような構造とすれば、バイモルフ振動子に
対する電源供給を電極主面ではなく、長手方向の
両端部から行うことが可能となる。本実施例で
は、このようなバイモルフ振動子３１を両端支持
する支持具３２自体を電源供給端子としている。
即ち、支持具３２は例えば50μｍ厚程度の真ちゆ
う板又はコバール、ニツケル等金属薄板を用いて
形成し、これをバイモルフ振動子３１の両端に取
付けて電極取出しを行う。第４図は支持具３２を
拡大したもので、バイモルフ振動子３１の挿入部
３９を設けて、この挿入部３９でバイモルフ振動
子３１の端部を挾持する構造としている。

なお、支持具３２は、スプリング作用をそれ程
必要とせずバイモルフ振動子３１の支持と電極取
出しを主目的とする場合には、第５図に示すよう
な構造としてもよい。

フレキシブルプリント基板４０は、第６図に平
面パターンを示したように略Ｈ型に成型され導体
パターン４３が形成されたもので、これを第１図
に示すように折り曲げてバイモルフ変位素子３０
ａ，３０ｂの間に挿入するようになつている。切
欠部４１，４１₁，４１₂は、バイモルフ変位素子
３０ａ，３０ｂによる固体撮像素子の偏向が、こ
のフレキシブルプリント基板４０に取付けられる
固定座５０と共に行われるため、できるだけ負荷
を小さくする目的で形成されている。

固定座５０はガラスエポキシ板であつて、その
表面の導体パターン（図示せず）とフレキシブル
プリント基板４０上の導体パターンとをスルーホ
ールあるいはハンダ付けにより接続して予めフレ
キシブルプリント基板４０と一体化され、その
後、この固定座５０上に固体撮像素子６０をマウ
ントして、第２図に示したようにワイヤボンデイ
ング接続をする。そして、固体撮像素子６０、固
定座５０およびフレキシブルプリント基板４０を
一体化したものが、前述のバイモルフ変位素子３
０ａ，３０ｂと共にセラミツク枠体１０内に収納
される。固体撮像素子６０の端子は、フレキシブ
ルプリント基板４０の端子４２をセラミツク枠体
１０の外部リード端子１１につながる内導体１５
にハンダ付けすることで外部に導出される。バイ
モルフ変位素子３０ａ，３０ｂと、フレキシブル
プリント基板４０を一体化した固定座５０との位
置合せは、固定座５０に予め設けられた孔５１，
５１₁，５１₂と前述したバイモルフ変位素子３０
ａ，３０ｂ上の突起３７とにより行つている。

実際に試作した例の各部の形状寸法は次のとお
りである。固体撮像素子６０として、８×10mm²、
厚み0.5mmのガラスエポキシプリント基板により
構成した。またバイモルフ変位素子３０ａ，３０
ｂは長さ23mm、幅５mm、厚さ0.1mm（一枚分）で
あり、セラミツク枠体１０は、スリツト１２を形
成する部分を厚み２mm、他の二面を厚み１mmとし
て、大きさは長辺３１mm、短辺17mm、深さ11mmと
した。

こうして本実施例によれば、固体撮像素子を、
これに偏向を与える２個のバイモルフ変位素子と
共に非常にコンパクトにパツケージに封入するこ
とができた。

本実施例の効果は次のとおりである。まず本実
施例では、電磁駆動方式と異なり、固体撮像素子
の小型、軽量という特徴を十分に生かして、全体
を小型にパツケージングすることができる。しか
もバイモルフ変位素子は片持梁ではなく、両端支
持構造としてその電極面と直交する側面中央部に
固体撮像素子を取付けているため、耐久性に優れ
ており、また固体撮像素子の振動がその受光面の
傾斜を伴うことなく、従つて高性能の撮像動作が
可能である。またバイモルフ変位素子の両端を支
持具を介して直接、パツケージ本体に設けたスリ
ツトに固定しているため、２個のバイモルフ変位
素子の位置合せ精度、平行度も十分高く、これも
高性能化に寄与している。

バイモルフ変位素子の両端支持部はそのまま電
極取出し部を兼ねており、例えばワイヤを用いて
電極取出しを行う場合に比べて、振動によるワイ
ヤの断線といつた事故がない。固体撮像素子の固
定座とパツケージのリード端子の間の接続も、フ
レキシブルプリント基板を利用してワイヤを用い
ない。これらの結果、非常に信頼性が高いものと
なる。

また、固体撮像素子の固定座には軽量のガラス
エポキシ基板を用いており、フレキシブルプリン
ト基板に切欠部を設けたことと相まつてバイモル
フ変位素子の負荷が小さくなつているため、例え
ばセラミツク製固定座を用いた場合に比べて共振
周波数が高いものとなる。試作例では共振周波数
300〜400Hzが得られている。このことは、固体撮
像素子を与える振動周波数の選択範囲が広いこと
を意味するから、固体撮像装置の性能向上に有利
である。

また、セラミツクパツケージ本体を吹き抜けの
枠体として、部品を収納して底板、上蓋を取付け
るようにしているため、部品の組立てが容易で作
業性も高い。

本発明は上記実施例に限られない。例えばセラ
ミツク枠体１０は第７図または第８図のような構
造とすることができる。第７図は、相対向するセ
ラミツク板に、厚み方向に貫通するようにスリツ
ト１２₁′〜１２₄′を形成したものである。第１図
に示す実施例ではスリツト１２₁〜１２₄は対向す
るセラミツク板の内壁にのみ形成しているが、こ
のような加工は枠体を組立てる前に行わなければ
ならない。これに対し第７図のようなスリツト構
造は、枠対１０を組立てた後にレーザ加工により
形成することができる。このため、スリツトの位
置精度や平行度、従つてバイモルフ変位素子の位
置精度や平行度をより高いものとすることが可能
である。また第８図は、バイモルフ変位素子を支
持固定するためにスリツトの代りに突起１４，１
４₁〜１４₄を設けたものである。これによつて
も、この突起１４部分をメタライズしておけば、
バイモルフ変位素子をハンダ付け等により直接枠
体１０に支持固定することができる。

また上記実施例では、上蓋７０の全体を透明と
したが、上蓋は固体撮像素子６０の受光面に対向
する領域を含む領域に部分的に透明材料からなる
窓が設けられた構造としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固体撮像装置を示
す分解斜視図、第２図はそのパツケージを除く部
分の組立て状態を示す図、第３図ａ，ｂは同じく
バイモルフ振動子の構成を示す平面図と正面図、
第４図は同じくバイモルフ振動子の支持具を示す
図、第５図は支持具の変形例を示す図、第６図は
フレキシブルプリント配線板の構成を示す図、第
７図および第８図はセラミツク枠体の変形例を示
す図である。 １０……セラミツク枠体（パツケージ本体）、
１１……リード端子、１２，１２₁〜１２₄……ス
リツト、１３，１３₁〜１３₄……導体パターン、
２０……底板、３０ａ，３０ｂ……バイモルフ変
位素子、３１ａ，３１ｂ……バイモルフ振動子、
３２，３２₁〜３２₄……支持具、４０……フレキ
シブルプリント配線板、５０……ガラスエポキシ
固定座、６０……固体撮像素子、７０……上蓋。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バイモルフ変位素子とこれにより受光面に平
   行な方向に所定周期の振動が与えられる固体撮像
   素子をパツケージに封入して構成され、前記バイ
   モルフ変位素子は長手方向両端がパツケージ本体
   に直接支持され、かつその両端支持部を介して電
   極がパツケージのリード端子に接続され、前記固
   体撮像素子はこのバイモルフ変位素子の中央部に
   支持された構成としたことを特徴とする固体撮像
   装置。 ２ 前記バイモルフ変位素子は、電極面を互いに
   平行にして２個設けられ、前記固体撮像素子は固
   定座を介して両変位素子にまたがるように取付け
   られている特許請求の範囲第１項記載の固体撮像
   装置。 ３ 前記バイモルフ変位素子は、一方の主面の電
   極を長手方向端面を通つて他方の主面に回し込ん
   だ構造のバイモルフ振動子を用い、その長手方向
   両端部に電極取出し端子を兼ねた支持具を取付け
   て構成されている特許請求の範囲第１項記載の固
   体撮像装置。 ４ 前記支持具は、パツケージ本体に形成された
   スリツトに固定され、かつこのスリツトを含む部
   分にメタライズされた導体パターンを介してリー
   ド端子に電気的に接続されている特許請求の範囲
   第３項記載の固体撮像装置。 ５ 前記固体撮像素子は、フレキシブルプリント
   配線板と一体化された固定座に搭載され、その端
   子は上記固定座上の導体パターンを介し、上記フ
   レキシブルプリント配線板を介してパツケージの
   リード端子に接続されている特許請求の範囲第１
   項記載の固体撮像装置。 ６ 前記パツケージは、セラミツク製枠体を本体
   として、この枠体にバイモルフ変位素子と固体撮
   像素子を組込んで透明材料からなる窓を有する上
   蓋をかぶせて封止される特許請求の範囲第１項記
   載の固体撮像装置。