JP5805114B2

JP5805114B2 - 撮像装置および電子機器

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Publication number: JP5805114B2
Application number: JP2013010207A
Authority: JP
Inventors: 幸司石川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2013138445A

Description

本発明は、電子部品を搭載した基板と、前記基板に接続される接続基板を備えた撮像装置および電子機器に関するものである。

撮像装置の高性能化、多機能化が望まれる中で、光電変換素子の高画素化、駆動および信号処理の高速化、画像処理の高速化、多機能化が進んでいる。これによって、その機能を受け持つ電子部品の消費電力が増大し、その結果電子部品からの発熱が増大している。したがって、撮像装置には電子部品の温度上昇を抑える冷却構造が求められている。

また、同時に撮像装置の小型・薄型化が望まれる中で、機器の小型化・薄型化を進めると、外装筐体と電子部品が実装された基板とが接近したレイアウトとなる。その結果、外装筐体と熱源が接近し、熱源からの発熱により外装筐体表面の温度が上昇してしまう。これを防ぐ為に、外装筐体の表面温度上昇を抑える冷却構造も同時に求められている。

電子部品の温度上昇および外装筐体の局所的な温度上昇を抑える冷却構造として、発熱部品に対して熱拡散シートを押し当てるとともに、外装筐体の低温面に熱拡散シートで熱を輸送することが知られている。こうすることで、電子部品を冷却すると共に、筐体表面温度の局所的なピークを抑えることができる。（特許文献１）

特開平１０−２２９２８７号公報

しかしながら、従来の冷却構造においては、冷却のため専用に熱拡散シートを設ける必要があるため、コストアップしてしまうという問題があった。

また熱対策と同時に、光電変換素子の駆動クロックの高速化による光電変換素子の駆動パルスパターンからの不要輻射の増大を抑えることも必要である。

本発明は上記の問題点を解決する為になされたものであり、特別に冷却用の部材を設けることなく、光電変換素子駆動または信号処理を行う電子部品の温度上昇と、その電子部品と近接した外装表面温度の局所的な温度上昇を抑えるものである。さらに、光電変換素子と、光電変換素子駆動または信号処理を行う電子部品を搭載した基板とを接続する為の接続基板の、光電変換素子駆動パルスパターンからの不要輻射の増大の抑制にも有利な構造とするものである。

上記課題を解決する為に、本発明の撮像装置は、光電変換素子と、電子部品が実装された基板と、前記光電変換素子が実装され、前記基板に接続される接続基板と、を備えた撮像装置において、前記撮像装置の内部に配置される金属製の部材を備え、前記接続基板に、導体層の一部を露出させる第１の導体露出部と、前記第１の導体露出部と前記光電変換素子が実装される部分との間で前記導体層の一部を露出させる第２の導体露出部とを有するグラウンドパターンを形成し、前記第１の導体露出部と前記電子部品の表面との間で熱が伝えられ、前記第２の導体露出部と前記金属製の部材との間で熱が伝えられるように、前記接続基板を配置することを特徴とする。

また、本発明の電子機器は、第１の電子部品が実装された基板と、第２の電子部品が実装され、前記基板に接続される接続基板と、を備えた電子機器において、前記電子機器の内部に配置される金属製の部材を備え、前記接続基板に、導体層の一部を露出させる第１の導体露出部と、前記第１の導体露出部と前記第２の電子部品が実装される部分との間で前記導体層の一部を露出させる第２の導体露出部とを有するグラウンドパターンを形成し、前記第１の導体露出部と前記第１の電子部品の表面との間で熱が伝えられ、前記第２の導体露出部と前記金属製の部材との間で熱が伝えられるように、前記接続基板を配置することを特徴とする。

本発明によれば、特別に冷却用の部材を設けることなく、その電子部品と近接した外装表面温度の局所的な温度上昇を抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態にかかる撮像装置（デジタルカメラ）を前側から見た外観図。本発明の実施の形態にかかる撮像装置の構成を示す前側分斜視図。本発明の実施の形態にかかる撮像装置の構成を示す背面側分解斜視図。本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの構成を示す分解斜視図。本発明の実施の形態にかかる光電変換素子を搭載したフレキシブルプリント基板を示す図。本発明の実施の形態にかかる撮像装置のフロントカバーユニット装着前の分解斜視図。本発明の別の実施の形態にかかる撮像装置の構成を示す背面側分解斜視図。

本発明の第１の実施の形態について図に基き説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる電子機器としての撮像装置（デジタルカメラ）を前側から見た外観図である。図２は、本発明の実施の形態にかかる電子機器としての撮像装置の構成を示す前側分斜視図である。図３は本発明の実施の形態にかかる撮像装置の構成を示す背面側分解斜視図である。図４は本発明の実施の形態にかかる撮像ユニットの構成を示す分解斜視図である。図５は本発明の実施の形態にかかる光電変換素子を搭載したフレキシブルプリント基板を示す図である。図５（ａ）は光電変換素子実装面側、図５（ｂ）は裏面側を示す図である。図６は本発明の実施の形態にかかる撮像装置のフロントカバーユニット装着前の分解斜視図である。図７は本発明の別の実施の形態にかかる撮像装置の構成を示す背面側分解斜視図である。

図１において、１０１はデジタルカメラであり、その前面外装に設けられた開口部から撮影レンズ鏡筒の前面部が露呈されるように配置されている。

図２、図３にて、デジタルカメラ１０１の構成を説明する。デジタルカメラ１０１は、フロントカバーユニット１０２、撮像ユニット１０３、ストロボユニット１０４、メイン基板１０５、バッテリーボックスユニット１０６、メインシャーシ１０７、ＬＣＤユニット１０８、リヤカバーユニット１０９で構成される。なお、ＬＣＤユニット１０８は画像を表示する表示ユニットである。

ここで、撮像ユニット１０３の構成について詳細に説明する。撮像ユニット１０３は、図４に示すように光電変換素子パッケージ１１０、フレキシブルプリント基板１１１、位置規制用部材１１２からなる光電変換素子モジュールユニット１１３と、撮影レンズ鏡筒ユニット１１４により構成されている。

光電変換素子パッケージ１１０は、光電変換素子を収容したパッケージであり、図５に示す通りフレキシブルプリント基板１１１に実装されている。また、フレキシブルプリント基板１１１には、メイン基板１０５と接続するためのコネクタ１１５が実装されている。

まず、フレキシブルプリント基板１１１に実装された光電変換素子パッケージ１１０は、位置規制用部材１１２と接着固定される。位置規制用部材１１２は金属製のプレートであり、中央部には開口部１１６が形成されている。開口部１１６は、光電変換素子パッケージ１１０外形よりも大きく形成されていて、開口部１１６内にフレキシブルプリント基板１１１に実装された光電変換素子パッケージ１１０が配置されている。

光電変換素子パッケージ１１０と位置規制用部材１１２との固定は、位置規制用部材１１２に形成された開口部１１６内に光電変換素子パッケージ１１０が来るようにした状態で、開口部１１６とパッケージ側壁との隙間に接着剤を流し込み硬化させることで行う。

このように光電変換素子パッケージ１１０、フレキシブルプリント基板１１１、位置規制用部材１１２が一体となった光電変換素子モジュールユニット１１３を構成する。光電変換素子モジュールユニット１１３は、図４に示す通り撮影レンズ鏡筒ユニット１１４にねじ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃによって取り付けられる。

この時、撮影レンズ鏡筒ユニット１１４には、図４に示す通り位置決め突起部１１８ａ、１１８ｂが設けられている。位置規制用部材１１２に形成された位置決め突起部１１８ａ、１１８ｂと位置決め穴部１１９と位置決め切り欠き部１２０が係合することによって、位置規制用部材１１２は撮影レンズ鏡筒ユニット１１４に対して光軸と直交する平面方向の位置が規制される。光電変換素子パッケージ１１０は位置規制用部材１１２に固定されているので、光電変換素子パッケージ１１０もまた撮影レンズ鏡筒ユニット１１４に対して光軸と直交する平面方向の位置が決まる。

この時、撮影レンズ鏡筒ユニット１１４に設けられた凹部に設置された付勢ばね１２１ａ、１２１ｂは、位置規制用部材１１２をねじ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃのねじ頭へ付勢する。これによって、位置規制用部材１１２は光軸方向に付勢されることになる。さらに、ねじ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃそれぞれの締め込み量の調整を行うことで、鏡筒ユニット１１４に対する位置規制用部材１１２の光軸方向の位置、および光軸に対する角度を微調整することが出来るようになっている。これによって、撮影レンズ鏡筒ユニット１１４の撮影レンズ光学系の結像面に対して光電変換素子の受光面の位置合わせを高精度に行うことが可能である。

ここから図２、図３を用いて各ユニットの組み付け順に説明を行う。

まず、メインシャーシ１０７にバッテリーボックスユニット１０６が固定され、バッテリーボックスユニット１０６にメイン基板１０５が取り付けられる。

バッテリーボックスユニット１０６は、カメラ前面側と背面側の壁の無い略ロの字形状をしている。メインシャーシ１０７がバッテリーボックスユニット１０６のカメラ背面側に取り付くことで、バッテリーボックスユニット１０６のカメラ背面側の壁を形成し、カメラ前面側にメイン基板１０５が取り付くことでバッテリーボックスの前面側の壁を形成している。

次に、メインシャーシ１０７、バッテリーボックスユニット１０６、メイン基板１０５が一体となったユニットに対して、先に述べた調整を終えた撮像ユニット１０３を取り付ける。

撮像ユニット１０３は固定ビス１２２ａ〜ｄによってメインシャーシ１０７に取り付け固定されるとともに、撮像ユニット１０３のフレキシブルプリント基板１１１に実装されたコネクタ１１５を、メイン基板１０５に実装されたコネクタ１２３と接続する。コネクタ１１５とコネクタ１２３は基板対基板接続用のコネクタで、基板面と垂直方向に互いが嵌合することにより接続されている。

ここで、メイン基板１０５のコネクタ１２３の近傍には光電変換素子の駆動及び信号処理を行うＩＣ１２４が実装されている。光電変換素子からこのＩＣ１２４までの配線長が長くなってしまうと、光電変換素子からの微小なアナログ出力信号にノイズが乗ってしまったり、光電変換素子駆動の為の駆動パターンからの不要輻射が増大してしまう問題がある。そこで、ＩＣ１２４はコネクタ１２３近傍に配置している。

コネクタ１１５とコネクタ１２３が嵌合した状態では図６に示すように、フレキシブルプリント基板１１１は、ＩＣ１２４を覆うような外形形状をしている。同時に図３に示すようにＩＣ１２４と対向する面に、この面のカバーレイを開口してグランドパターンの導体層の一部を露出させた銅箔露出部１２５（一方の導体露出部）を設けてある。なお、銅箔露出部１２５は、グランドパターンのベタパターン分のカバーレイを開口して露出させている。そして、ＩＣ１２４と銅箔露出部１２５の間には、高い熱伝導性を有する両面粘着テープ１２６を挟み込むようにしている。コネクタ１１５とコネクタ１２３を嵌合させたときに、フレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２５とＩＣ１２４とが、熱伝導性両面粘着テープ１２６により密着するようになっている。銅箔露出部１２５とＩＣ１２４とが、熱伝導性両面粘着テープ１２６により密着するようにしたことにより、ＩＣ１２４で発生した熱を効率よくフレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２５へと伝えることが可能である。

さらに、フレキシブルプリント基板１１１は、光電変換素子パッケージ１１０実装部とコネクタ１１５実装部の中間部分に、銅箔露出部１２７（他方の導体露出部）を設けてある。銅箔露出部１２７は撮像ユニット１０３をメインシャーシ１０７に取り付けた状態でカメラ背面側に向いている面に、この面のカバーレイを開口してグランドパターンの導体層の一部を露出させている。なお、銅箔露出部１２７は、グランドパターンのベタパターン分のカバーレイを開口して露出させている。そして、この銅箔露出部１２７には、高い熱伝導性と高い弾性をもちつつ、自己粘着性を持った熱伝導性シート１２８（押圧部材）が貼り付けられている。この熱伝導性シート１２８は、この後、ＬＣＤユニット１０８を背面側からメインシャーシ１０７に取り付けた際に、ＬＣＤユニット１０８のカメラ前面側を覆っている金属製のフレーム部分（フレーム部材）に銅箔露出部１２７を押圧する。ＬＣＤユニット１０８のカメラ前面側を覆っている金属製のフレーム部分はデジタルカメラの内部に配置される金属製の部材である。この熱伝導性シート１２８は、やや圧縮された状態でフレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２７と、ＬＣＤユニット１０８のフレームとの間に挟み込まれるようにして、それぞれに密着して接触するようになっている。銅箔露出部１２７とＬＣＤユニット１０８のフレームとが熱伝導性シート１２８により互いに密着するようにしたことにより、フレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２７からＬＣＤユニット１０８のフレームへ熱を効率よく伝えることが可能である。すなわち、フレキシブルプリント基板１１１には、導体露出部が複数形成され、一方の導体露出部が発熱源に接触し、他方の導体露出部が比熱の小さい金属性の部材に接触させている。

ここで、フレキシブルプリント基板１１１の詳細について図５により説明する。

図５（ａ）、（ｂ）に示した通り、フレキシブルプリント基板１１１には光電変換素子パッケージ１１０実装部の部品ランドから、裏面のコネクタ１１５実装部の部品ランドまで信号接続の為の配線が設けられている。また、前述の銅箔露出部１２５、１２７で露出しているベタパターンは互いに同一のグランドパターンであり、銅箔露出部１２５から銅箔露出部１２７まで熱が効率よく伝達されるように幅を広く取る様にした放熱用のベタパターン（放熱用パターン１２９）である。また、これは回路のグラウンドパターンを兼ねており、この放熱用パターン１２９に隣接するように、光電変換素子駆動用の水平転送パルスパターン１３０ａ、１３０ｂが配線されている。水平転送パルスパターン１３０ａ、１３０ｂは光電変換素子のアナログ出力へのクロストークや不要輻射を抑える為の注意が必要である。しかし、水平転送パルスパターン１３０ａ、１３０ｂは大きな面積のグラウンドパターンを隣接して設けることで、十分なリターン電流経路が与えられることになる。これによって、不要輻射の低減に対して好影響が期待できる。

以上のようなフレキシブルプリント基板１１１のパターン構成により、ＩＣ１２４で発生した熱を、フレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２５から放熱用パターン１２９を経由して銅箔露出部１２７に効率よく熱が伝達される。そして、不要輻射の低減に対して好影響が期待できる。

こうして撮像ユニット１０３がメインシャーシ１０７に取り付いた後、図２、図３の通り、ストロボユニット１０４、ＬＣＤユニット１０８がメインシャーシ１０７に取り付けられる。

ＬＣＤユニット１０８がメインシャーシ１０７に取り付いた時点で、フレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２７と、ＬＣＤユニット１０８のフレームとの間に熱伝導性シート１２８が挟み込まれて密着する。したがって、フレキシブルプリント基板１１１の放熱用パターン１２９からＬＣＤユニット１０８への熱の伝達経路が形成される。これにより、特別に熱伝達の為の部材を設けることなく、ＩＣ１２４で発生した熱を、フレキシブルプリント基板の放熱用パターン１２９を介して撮像装置の内部に配置されるＬＣＤユニット１０８へ伝達することが出来るようになる。

ここで、銅箔露出部１２７は、フレキシブルプリント基板１１１の光電変換素子パッケージ１１０実装部とメイン基板１０５とのコネクタ１１５実装部の中間部分に設けている。さらに、銅箔露出部１２７は、撮像ユニット１０３をメインシャーシ１０７に取り付けた状態で背面側に向いている面で、かつ光電変換素子パッケージ１１０実装部から離れた位置に設けてある。光電変換素子は一般的に温度上昇により暗電流ノイズが増大し、出力信号の品質が悪化してしまう。しかし、この構成を採用することにより、ＩＣ１２４で発生した熱は、光電変換素子パッケージ１１０へ伝わる前にＬＣＤユニット１０８へと逃がされる。このため、光電変換素子へＩＣ１２４で発生した熱を伝えることがなく、ＩＣ１２４で発生した熱による悪影響を与えることが無い。また、光電変換素子自体も近年の高画素化、高速化に伴ない、発生する熱が増加しており、撮影画像の高画質化のために光電変換素子自体の温度上昇を抑える必要がある。この構成によれば、フレキシブルプリント基板１１１の放熱用パターン１２９は光電変換素子パッケージ１１０実装部にまで配置され、光電変換素子パッケージ１１０のグラウンド端子に接続されている。したがって、光電変換素子の発生した熱も放熱用パターン１２９を経由して、銅箔露出部１２７からＬＣＤユニット１０８へと放熱する効果もある。

さらに、フレキシブルプリント基板１１１は銅箔露出部１２７部において、熱伝導性シート１２８をＬＣＤユニット１０８との間に挟みこむため、この部分に熱伝導性シート１２８の圧縮力が加わる構成になっている。しかし、銅箔露出部１２７は光電変換素子パッケージ１１０実装部から離れた位置に設けてあるため、フレキシブルプリント基板１１１の柔軟性により、光電変換素子の光軸方向の位置、および光軸に対する角度の調整状態に影響を与えることがない。

最後に図２、図３に示す、フロントカバーユニット１０２、リヤカバーユニット１０９を取り付け、ねじ１３１ａ〜ｅで固定し、デジタルカメラ１０１が完成する。

ここで、ＩＣ１２４で発生した熱は、フレキシブルプリント基板１１１を経由してＬＣＤユニット１０８へと逃がされるため、ユーザーが触れるフロントカバーユニット１０２のＩＣ１２４と近接した部分の温度上昇を抑えることができる。

尚、上記実施例ではフレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２５とＩＣ１２４を熱伝導性両面粘着テープ１２６を介して密着させる構成としているがこれに限られない。すなわち、図７に示した通り、フロントカバーユニット１０２とフレキシブルプリント基板１１１の銅箔露出部１２５とＩＣ１２４の重なり部の間に、弾性のあるクッション部材１３２を圧縮するように配置することも可能である。このように構成することで、熱伝導性両面粘着テープ１２６を使わなくても銅箔露出部１２５とＩＣ１２４を密着させることが可能である。さらにこの場合に、クッション部材１３２をコネクタ１１５実装部裏面にまで拡大した形状とすれば、メイン基板１０５に実装されたコネクタ１２３との嵌合が、カメラの落下衝撃等により外れてしまうのを防止する効果も同時に得られる。また、この場合でも銅箔露出部１２５とＩＣ１２４の間に熱伝導性両面粘着テープ１２６を介して密着させた方が、単純にクッション部材１３２だけで押し当てている場合に比べて、より効率よく両者の間を熱が伝達できる。これは互いの表面の粗さの影響により間に空気が存在して熱の伝導が阻害されてしまうことがないからである。

以上説明したとおり、本実施例の構成により、特別に冷却用の部材を設けることなく、光電変換素子駆動または信号処理を行う電子部品の温度上昇と、その電子部品と近接した外装表面温度の局所的な温度上昇を抑えることができる。また、光電変換素子と、光電変換素子駆動または信号処理を行う電子部品を搭載した基板とを接続する為の接続基板の、光電変換素子駆動パルスパターンからの不要輻射の増大の抑制にも有効である。

本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１デジタルカメラ
１０２フロントカバーユニット
１０３撮像ユニット
１０４ストロボユニット
１０５メイン基板
１０６バッテリーボックスユニット
１０７メインシャーシ
１０８ＬＣＤユニット
１０９リヤカバーユニット
１１０光電変換素子パッケージ
１１１フレキシブルプリント基板
１１２位置規制用部材
１１３光電変換素子モジュールユニット
１１４撮影レンズ鏡筒ユニット
１１５コネクタ
１１６開口部
１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃねじ
１１８ａ、１１８ｂ位置決め突起部
１１９位置決め穴部
１２０位置決め切り欠き部
１２１ａ、１２１ｂ付勢ばね
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄねじ
１２３コネクタ
１２４ＩＣ
１２５銅箔露出部
１２６熱伝導性両面粘着テープ
１２７銅箔露出部
１２８熱伝導シート
１２９放熱用ベタパターン
１３０ａ、１３０ｂ水平転送パルスパターン
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅねじ
１３２クッション部材

Claims

光電変換素子と、電子部品が実装された基板と、前記光電変換素子が実装され、前記基板に接続される接続基板と、を備えた撮像装置において、
前記撮像装置の内部に配置される金属製の部材を備え、
前記接続基板に、導体層の一部を露出させる第１の導体露出部と、前記第１の導体露出部と前記光電変換素子が実装される部分との間で前記導体層の一部を露出させる第２の導体露出部とを有するグラウンドパターンを形成し、
前記第１の導体露出部と前記電子部品の表面との間で熱が伝えられ、前記第２の導体露出部と前記金属製の部材との間で熱が伝えられるように、前記接続基板を配置することを特徴とする撮像装置。
前記第１の導体露出部と前記電子部品の表面との間に第１の熱伝導部材を配置し、前記第１の熱伝導部材により前記第１の導体露出部と前記電子部品の表面と密着させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第２の導体露出部と前記金属製の部材との間に第２の熱伝導部材を配置し、前記第２の熱伝導部材により前記第２の導体露出部と前記金属製の部材とを密着させ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。
前記撮像装置は画像を表示する表示ユニットを備え、
前記第２の導体露出部は前記表示ユニットを覆っている金属製のフレーム部材に密着するように前記接続基板を配置することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
第１の電子部品が実装された基板と、第２の電子部品が実装され、前記基板に接続される接続基板と、を備えた電子機器において、
前記電子機器の内部に配置される金属製の部材を備え、
前記接続基板に、導体層の一部を露出させる第１の導体露出部と、前記第１の導体露出部と前記第２の電子部品が実装される部分との間で前記導体層の一部を露出させる第２の導体露出部とを有するグラウンドパターンを形成し、
前記第１の導体露出部と前記第１の電子部品の表面との間で熱が伝えられ、前記第２の導体露出部と前記金属製の部材との間で熱が伝えられるように、前記接続基板を配置することを特徴とする電子機器。
前記第１の導体露出部と前記第１の電子部品の表面との間に第１の熱伝導部材を配置し、前記第１の熱伝導部材により前記第１の導体露出部と前記第１の電子部品の表面と密着させることを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
前記第２の導体露出部と前記金属製の部材との間に第２の熱伝導部材を配置し、前記第２の熱伝導部材により前記第２の導体露出部と前記金属製の部材とを密着させることを特徴とする請求項５または６に記載の電子機器。