JPS60206381A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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解像度
の高い画像を得ることができ、しかも耐震性等の機械的
強度に優れた固体撮像装置に関す１− る。

［発明の技術的背景とその問題点］ ＣＯＤ等の固体撮像素子は、半導体基板上に複数の画素
を２次元配列して形成した構成を有し、一般にその解像
度は上記画素数によって定まる。

しかしながら、半導体基板上に形成し得る画素数は製造
技術等により制限され、高解像度化を図ることが困難で
あると云う不具合を有していた。

このような問題に対処するため、インターライン転送方
式ＣＯＤ　（以下ＩＴ−ＣＯＤと称す）の如き、感光部
（例えばフォトダイオード、以下ＰＤと称す）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ＣＯＤに移動され、次のフィールド有効
期間中に読出される撮像動作を有した固体撮像チップ基
板を、前記フィールド期間の無効期間に振動中心に位置
する如く振動せしめることにより高解像度化が試みられ
ている。つまり、固体撮像チップ基板を該チップ面に対
して水平に適当な周波数で適当な振幅を与えることで、
従来の固体撮像装置の高解像度２− 化を図ろうとするものである。

このような固体撮像装置の偏向を行なう方法として、例
えば特開昭５８−２９２７５号に示されているように、
可動コイルと電磁石を用いたものがある。すなわち、固
体１ｌｉｌ像素子側に固定された可動、コイルを、電磁
石を用いて駆動する方法である。

しかしながら電磁駆動では、電磁石、コイル等の部品が
必要であり、固体撮像素子の一つの特徴でもある小型、
軽量化が十分には発揮できないという問題点があった。

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、電磁石に流す電流量が多くなり消費電力が大きくな
ってしまうという問題点があった。また駆動系と固体Ｗ
ｉ像素子側とが直接には連結されていないため、駆動力
の伝達ロスも大きかった。

一方、ＶＴＲでのオート１−ラッキングのためのビデオ
ヘッド偏向素子等の微小変位発生装置として、圧電板を
用いたバイモルフ振動子を用いることが一般に知られて
いる。このような方法は、バイモルフ振動子を片持梁で
用い、その先端に偏向対象物を取りつける方法が主流で
ある。一般に５〜１０ｍｇのビデオヘッド等のように軽
量の場合は問題はないが、代表的なもので、３０，５Ｘ
　１５１１１１１１、重量２５９の固体撮像素子の場合
、バイモルフ振動子の耐久性に問題が生ずる。またこの
ようにバイモルフ振動子の先端に固体撮像素子を取り付
けた場合、固体撮像素子はその偏向量とともに基準位置
（偏向を与えない位置）から角度θの傾斜を持ってしま
い、この角度は偏向量が大きくなると増加する。このこ
とは固体撮像素子面内での光学的情報に不均一が生じ、
固体撮像素子面内で焦点が正確に一致しなことを意味す
る。またこのような編向方法においては、偏向物が重い
ためバイモルフ振動子の機械的強度が信頼性に大きく影
響し、バイモルフ振動子の設計が極めて困難であり、信
頼性、性能面で十分な製品を得ることができない。

［発明の目的コ 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、小型化可
能でありかつ、偏向による光学的情報の不均一の発生を
防止し、高精細な画像を得ることのできる固体撮像装置
を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、固体撮像素子と、この固体撮像素子を撮像面
と同一平面内で入射光像に対し相対的に移動せしめる手
段としての厚みすべり効果型圧電変位素子とを具備した
ことを特徴とする。

固体撮像素子としては、電荷結合素子（ＣＯＤ）等の一
般に知られているものを用いるこができる。

また厚みすべり効果型圧電変位素子とは、例えばＰＺＴ
、Ｐｂ　ＴＩ　Ｏｉ　−Ｐｂ　Ｚｒ　Ｏｓ　−Ｐｂ（Ｇ
ｏ、Ｗ＞０３等の各種の三成分系の圧電材料からなる圧
電板の厚み方向と垂直方向に分極された素子に、厚み方
向の電圧を加え厚み方向の上下面のずれ、すなわち厚み
すべり効果を利用するものである。電圧印加による歪を
利用するものとして、キュリ一温度以下の範囲で使用す
るものを圧電材料、キュリ一温度以下の範囲で使用する
ものを電歪材料と一般に呼ぶが、本発明の効果を得るに
は５− 両者とも同様であるため、まとめて圧電材料と呼ぶ。こ
のような圧電板は、単層で用いても良いが、低電圧で比
較的大きい変位量を得るため、複数枚を積層して用いて
も良い。積層する場合、ドクターブレード法等で形成さ
れたセラミックス圧電材料の薄板を積層焼結する方法が
知られており（例えば特開昭５４−８４９９２号）、安
価で高品質な積層型圧電変位素子を得ることができる。

また、厚みすべり効果型圧電変位素子は厚みと直交する
方向のすべり振動を利用するため、前述のように横効果
による厚み方向の振動を利用したバイモルフ振動子の先
端に被偏向物を取付けた場合に比べ、共振周波数が高い
。ＶＴＲカメラ等に応用した場合、例えば３０Ｈｚ　、
６０Ｈｚ等の周波数で固体１ｉ（Ｉｋ素子を振動させる
ことが考えられるが、厚みすべり効果型圧電変位素子の
共振周波数は、例えば数十〜数百ｋＨ２程度であるため
、リンギング等が生ずる心配がない。また電子カメラ等
のクローズドシスタムにおける例えば１ｋＨｚ程度の高
速変位においても、リンギング等の恐れがなく、−〇− 高品質、高精細な画像を得ることができる。

また本発明のごとく厚みすべり効果型圧電変位素子を用
いたことにより、前述のようによこ効果を利用したバイ
モルフ振動子を用いた場合の光学的情報の不均一を生ず
ることがない。すなわち前述のごとく、バイモルフ圧電
素子の先端に固体撮像素子を固定した場合は、この固体
撮像素子が円弧状の運動を示すが、厚みすべり効果型圧
電変位素子は直線状の運動を発生するため、固体撮像素
子を同一平面内で移動せしめることが可能であり、移動
の前後で焦点の不一致が生ずることがないためである。

さらに積層型とすること又は複数個の圧電素子を用いる
ことにより、同程度の変位量を得る場合でも、低印加電
圧ですむため、電圧印加による変位量のヒステリシス（
このヒステリシスは印加電圧が大きいと増大することが
知られている）を低減することが可能である。

また横方向の伸縮を用いたバイモルフ圧電素子を片持梁
で用いた場合は、バイモルフ圧電素子によって生ずる変
位の方向は、各圧電板が伸縮する方向とほぼ垂直方向と
なるため、バイモルフ圧電素子の厚さ方向に力が加わっ
てしまい、機械的強度に問題が生ずるが、本発明のごと
く厚みすべり効果型圧電変位素子を用いた場合は、変位
が圧電板の上下面のずれのみで行なわれるため、機械的
にも強固となる。

固体撮像素子を同一平面内で移動させるためには、例え
ば厚みすべり効果型圧電変位素子のすべりを生じる面と
固体ｌｌ１１＠’ＩＬ子の撮像面とが平行となるように
配置し、固体撮像素子をこの圧電変位素子に固定すれば
良い。この場合、固体撮像素子を基板に固定し、この基
板を介して圧電変位素子に固定しても同様である。この
ように固定された固体撮像素子を例えば入射光像に対し
垂直な平面内で移動せしめることによりみかけ上の面素
数を増加させることができる。

また、固体撮像素子からの電極の引出しは、固　ｉ体県
像素子の偏向を妨げないように、フレキシブルプリント
基板、弾性コネクタ等を用いることが好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明装置を用いることにより、小
型化が可能であり、固体撮像素子の多画素化によらず従
来の固体撮像素子を用いて高精細な画像を得ることがで
きる。

［発明の実施例］ 本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の装置を示す部分切欠斜視図
である。

固体撮像素子１は基板２上に固定されている。

また基台３上には厚みすべり効果型圧電変位素子４の下
面が固定され、この厚みすべり効果型圧電変位素子４の
自由端である上面に、基板２が固定されている。この時
、固体撮像素子１と厚みすべり効果型圧電変位素子４の
変位方向が平行となるように、基板２を厚みすべり効果
型圧電変位素子４に固定する。

固体撮像素子１からの電極の引出しは、フレキシブルプ
リント基板６，７を介して行なう。すな−〇− わち、基板２上の導体パターン（図示せず）と固体撮像
素子１との電気的接続をワイヤボンディング等で行ない
、この導体パターンとフレキシブルプリント基板７上の
導体パターン（図示せず）とを例えばハンダ何で接続し
、フレキシブルプリント基板７の端子群８と、基台３側
の端子ビン群９とを例えばハンダ付等の手段により接続
することにより、固体撮像素子１からの電極の引出しを
行なう。

このフレキシブルプリント基板７は、固体撮像素子１の
偏向を妨げないように、切欠部１０を形成しておくこと
が好ましい。

本実施例では、すべり効果型圧電変位素子４として、積
層型の圧電素子を用いる。積層型圧電素子は圧電性薄板
が電極を介して複数枚積層されたもので、隣接する圧電
性薄板は同一方向で互いに逆の向きに分極処理が施され
ている。゛電極は１個おきに共通に接続されて２群の電
極としてまとめられており、この２群の電極間に、駆動
電圧を印加することにより、個々の圧電性薄板に駆動電
圧＝１０− が印加され、この電圧印加方向、すなわち圧電性薄板内
における電界方向に変位を生じ、その変位が積層枚数分
加算されて、固体撮像素子１に伝達される。第１図中の
４′はこの電極を示し、１個おきにすべり効果型圧電変
位素子４の相対向する逆側の側面に引き出されている様
子を示す。この電極４′はそれぞれの側面で共通に接続
されている（図示せず）。

厚みすべり効果型圧電変位素子として、厚さ０．１悶の
圧電性薄板をΔｏ−Ｐｄ系、　Ｐｔ　−Ｐｄ系等の電極
を介して５０枚積層したものを用いた場合、変位感度は
２０μｍ　／１００Ｖであり、低電圧でかつ十分な変位
量を得ることができた。

第２図に、ＣＯＤの偏向の一例を示す。受光部ａと信号
転送部もが交互にピッチＰＨをもって並んでいる。例え
ば受光部ａで画像信号を得た後、第２図中点線で示した
部分ａ′に受光部ａを移動し、ａ′の位置で再度画像信
号を得れば、実質的に画素数を２倍に増加したのと同等
の高１！細な画像を１ｑる効果を達成できる。ａ−＋ａ
’、ａ’→ａの移動を所望の周期で繰り返すことにより
連続画像を得るとができる。受光部はピッチＰ、をもっ
て複数個形成されているため移動距離はＰＨ以下、例え
ばＰ８／２とすることにより、前述のような効果を得る
ことができる。

また前述のような厚みすべり効果型圧電変位素子を用い
た場合、その基本となる共振周波数は１００ｋＨｚ程度
であり、ＶＴＲカメラ等に用いた場合の例えば３０Ｈｚ
　、６０Ｈ２等の偏向周期に比べ、十分低いことから、
リンギング等の問題を生ずることがなく、精細な画面を
得ることができる。

第３図に厚みすべり効果型圧電変位素子４ど固体撮像素
子との固定の状態を固体撮像装置の断面図として示す。

第１図と同様のものは同じ番号を用いその説明は省略す
る。すべり効果型圧電変位素子４の下面は基台３に固定
され、自由端である上面には基板２が固定されている。

これにより、すべり効果型圧電変位素子４の変位運動が
固体撮像素子１に伝達され、固体撮像素子１は同一平面
内で水平運動が可能どなる。

また固体撮像素子からの電極の引出しを第１図に示した
実施例では、切欠部を有するフレキシブルプリント板を
用いたが、この切欠部の幅を固体撮像素子が固定された
基台以上の幅とすることにより、圧電変位素子の負荷を
ざらに低減することができる。２つの例を第４図に固体
撮像素子の側面側から見た図として示す。第４図（ａ　
）はフレキシブルプリント基板７をＣ字状の形状とした
もので、切欠部１０の輻ｄ１が基板２の幅ｄ２と比べｄ
１≧ｄ２の関係を有している。このような形状とするこ
とにより、圧電変位素子（図示せず）の変位の際の負荷
は、はぼ同図中（イ）（ロ）の部分のねじれたけである
ため、圧電変位素子の負荷が切欠部を有していない場合
に比べ非常に低減される。また第４図（ｂ）に示すよう
に切込み部１０’を形成しても同様である。

またフレキシブルプリント基板を用いた場合、基板をも
フレキシブルプリント基板と一体化して製造し、このフ
レキシブルプリント基板に固体撮１３− 像素子を固定実装することにより、より一層製造が容易
となる。

また、フレキシブルプリント基板以外に例えば弾性コネ
クタを用いて、固体撮像素子からの電極の引出しを行な
ってもよい。第５図に弾性コネクタ６’　、７’　を用
いた場合を、固体撮像装置の部分切欠斜視図として示す
。第１図と同様のものは同一の番号を用いその説明は省
略する。弾性コネクタ６’　、７’は、弾性ゴムの内部
に金属、導電性ゴム、導電性高分子等の導体を設けたも
のや、弾性ゴムの表面に導体を設けたもので、応力が加
わった変形状態でも導電性を保つものである。本実施例
においては、円筒状の弾性ゴムの表面に導体パターン１
１を形成したもので、固体撮像素子１の運動に伴ない回
転、もしくは変形可能なように基板２に取着されている
。基台３にはこの弾性コネクタ６’　、７’表面の導体
パターン１１と接触するような導体パターン（図示せず
）が形成されており、弾性コネクタ６’　、７’の回転
、変形等によっても導電性を保つようにパターン形成さ
１４− れている。このように弾性コネクタ６’　、７’　を用
いれば、フレキシブルプリン１へ基板を用いた場合のよ
うに、ハンダ付の作業を必要としないため、製造上有効
である。

以上説明した実施例では、単一方向の偏向のみの場合を
示したが、変位軸方向の異なる複数個のすべり効果型圧
電変位素子を用い、同一平面内における２次元偏向も可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例を示す図であり、第
１図、第５図は固体Ｉｔｌ像装置の部分切欠斜視図、第
２図はＣＯＤの平面図、第３図は固体撮像装置の断面図
、第４図は固体撮像装置の側面図である。 １・・・固体撮像素子、４・・・すべり効果型圧電変位
素子。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １５− 第１図 第２図 弓　、Ω

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　固体撮像素子と、この固体撮像素子を撮像面と
   同一平面内で入射光像に対し相対的に移動せしめる厚み
   すべり効果型圧電変位素子とを具備したことを特徴とす
   る固体撮像装置。
2. （２）前記固体撮像素子が、前記厚みすべり効果型圧電
   変位素子の厚み方向の一方の面にこれと撮像面が平行と
   なるように固定されたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の固体撮像装置。
3. （３）前記厚みすべり効果型圧電変位素子が積層型圧電
   変位素子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の固体撮像装置。