JP2005352191A

JP2005352191A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2005352191A
Application number: JP2004173041A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Sakata; 憲明坂田; Kazuyoshi Koga; 和由木我; Toru Kirihara; 徹桐原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】鏡筒の熱変形を防止する。
【解決手段】撮像素子２１を有する撮像素子ユニット１２と、レンズユニット３が着脱可能であり、取り付けられるレンズユニット３と撮像素子２１との光学的な基準面５３を有するレンズマウント７と、レンズマウント７と上記撮像素子２１との間に設けられる鏡筒４１とを有し、上記鏡筒４１は、低線膨張係数の材料で形成されており、鏡筒４１の熱変形を防止して光路長が変動してしてまうことを防止する。
【選択図】図９

Description

本発明は、撮像素子ユニットに近接して設けられる鏡筒の熱による変形を防止する撮像装置に関する。

従来、撮像装置の中には、レンズ交換を可能になすものがり、この撮像装置には、交換可能なレンズユニットの取付部にレンズマウントが設けられている。このレンズマウントの内側には、更に鏡筒が設けられると共に、この鏡筒に隣接してＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）等の撮像素子を有する撮像素子ユニットが設けられている。撮像素子は、駆動時、発熱することから、鏡筒に熱伝導する。鏡筒は、通常、アルミダイキャストで形成されている。アルミダイキャストは、線膨張係数が大きいことから、撮像素子から熱が加わると変形してしまう。例えば、鏡筒の変形により光路長が変動してしてまい、撮像素子での結像位置のずれを招き、焦点がぼけてしまうことになる。

また、撮像素子ユニットは、メンテナンスが必要なこともあり、この場合には、鏡筒から撮像素子ユニットを取り外す必要がある。したがって、撮像素子ユニットは、取り外しが容易で、更に、取付時には、正確に位置決めして取り付ける必要がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、鏡筒の熱変形を防止して光路長が変動してしてまうことを防止する撮像装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、撮像素子ユニットの取り外しを容易に行うことができると共に、簡単に撮像素子ユニットを高精度に取り付けることができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、撮像素子を有する撮像素子ユニットと、レンズユニットが着脱可能であり、取り付けられるレンズユニットと上記撮像素子との光学的な基準面を有するレンズマウントと、上記レンズマウントと上記撮像素子との間に設けられる鏡筒とを有し、上記鏡筒は、低線膨張係数の材料で形成されている。

本発明によれば、撮像素子ユニットが取り付けられる鏡筒が低線膨張係数の材料で形成されていることから、鏡筒の熱変形を防止して光路長が変動してしてまうことを防止することができる。

以下、本発明を適用したビデオカメラ装置を図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明を適用したビデオカメラ装置１は、装置本体２を有し、この装置本体２の前面に、交換可能なレンズユニット３が取り付けられる。装置本体２の前面には、レンズユニット３を着脱するためのレンズマウント７が設けられている。また、この装置本体２の上面及び背面には、装置本体２の機能を拡張する拡張ユニット４が取り付けられる第１のインタフェース５と第２のインタフェース６が取り付けられている。拡張ユニット４としては、例えば撮影した映像や音声を記録する記録ユニットであり、また、離れた位置にある記録装置に映像信号や音声信号を送信するための光ケーブルを接続するための光電変換ユニットである。このビデオカメラ装置１では、第１のインタフェース５、第２のインタフェース６のそれぞれから映像信号の入出力を行うことができる。

装置本体２の内部のレンズマウント７の近傍には、ＣＣＤ素子等を含む撮像ユニット１１が配設されている。図２乃至図４に示すように、この撮像ユニット１１は、撮像素子ユニット１２と、撮像素子ユニット１２が電気的に接続されるプリント配線基板１３と、レンズマウント７と撮像素子ユニット１２との間に配設される鏡筒ユニット１４とを備えている。

撮像素子ユニット１２は、図５、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、略矩形の撮像素子２１を有する。この撮像素子２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサであり、受光部の他、駆動回路が設けられている。この撮像素子２１は、プレート２２の一方の面に取り付けられる。このプレート２２は、撮像素子２１の放熱板としても機能するものであり、例えば、熱伝導率の高いＣｕ−Ｗ等の金属材料で形成されている。また、このプレート２２の材料は、後述するがフレーム２３の材料との関係で決められる。具体的に、プレート２２は、撮像素子２１を取り付けるための取付部２２ａと、取付部２２ａの周囲に、取付片となるフランジ部２２ｂが形成されている。このプレート２２は、放熱特性に優れることから、例えば撮像素子２１は駆動回路が設けられた部分で特に高温になるが、全体の温度勾配を均一にすることができ、ヒートスポットが形成されることを防止する。

取付部２２ａに撮像素子２１が取り付けられたプレート２２は、フレーム２３によって保持される。フレーム２３は、略環状に形成され、中央部に、撮像素子２１を外部に臨ませる開口部２３ａが形成されている。フレーム２３の一方の面の開口部２３ａの周囲には、段部２３ｂが形成されており、ガラスや透明樹脂で形成された透明基板２４が接着剤等で取り付けられる。フレーム２３の他方の面の開口部２３ａの周囲には、プレート２２のフランジ部２２ｂが接着剤等で接合される。かくして、撮像素子２１は、開口部２３ａ内において、受光面が透明基板２４側を向くようにプレート２２と透明基板２４の間の空間部に配設される。

このフレーム２３の外周には、撮像素子２１と電気的に接続されたリード端子２３ｃが設けられている。このリード端子２３ｃは、フレーム２３の内部の配線を介して開口部２３ａ内の撮像素子２１に電気的に接続されている。このリード端子２３ｃは、フレーム２３の主面に対して略９０°折曲しており、この先端部は、プリアンプ回路等が組み込まされたプリント配線基板１３に半田付け等で電気的に接続される。

このフレーム２３は、撮像素子２１とリード端子２３ｃとを電気的接続を図る配線を内部に設ける必要があることから、電気的な絶縁材料で形成され、更に、撮像素子２１と光学系との位置ずれが発生しないように、線膨張係数が低い材料で形成されている。ここではアルミナセラミックスにより形成されている。そして、このフレーム２３の他方の面に接着剤等で接合されるプレート２２は、放熱特性が優れる熱伝導率の高い材料で、更に、フレーム２３に対して撮像素子２１が取り付けられたプレート２２が外れないように、フレーム２３と線膨張係数が略同じ材料が選択されている。ここでは、フレーム２３にアルミナセラミックス（線膨張係数：６．８×１０^−６）が用いられており、プレート２２には、アルミナセラミックスと線膨張係数の近いＣｕ−Ｗ（６〜７×１０^−６）が用いられている。

なお、フレーム２３にアルミナセラミックスを用いるとき、プレート２２に、アルミナセラミックスに線膨張係数が近いコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、線膨張係数：５．１〜６．１×１０^−６）を用いても良い。但し、ここでは、プレート２２は、放熱板として機能するものであるから、コバールより熱伝導率の高いＣｕ−Ｗが用いられている。

図４、図５及び図７に示すように、フレーム２３には、後述のホルダ２７を取り付けるための取付孔２３ｄが各コーナ部に設けられていると共に、取付孔２３ｄの間で短辺の略中央に、撮像素子２１が取り付けられたプレート２２を保持しているフレーム２３を第１の取付フレーム３０に取り付けるための取付孔２３ｅが設けられている。

この第１の取付フレーム３０は、撮像素子２１が取り付けられたプレート２２を保持しているフレーム２３が取付孔２３ｅを介してねじ３０ａにより固定される。なお、この取付フレーム３０には、図示しないが、撮像素子２１に鏡筒ユニット１４からの光を取り込むための開口部が設けられている。

図２及び図４に示すように、放熱板となるプレート２２上には、放熱シート２５が配設される。この放熱シート２５は、熱伝導率が高い材料、例えばアルミニウムにより可撓性を有するように形成されている。この放熱シート２５は、フレーム２３のリード端子２２ｃの間の幅と略同じ幅であり、プレート２２に密着され、プレート２２の熱が熱伝導される。放熱シート２５の両端には、同じくアルミニウム等で形成された取付部材２６が取り付けられている。放熱シート２５は、取付部材２６にねじ２６ａ等で固定される。この取付部材２６は、装置本体２の外筐に取り付けるための取付孔２６ｂが設けられており、ねじ等でマグネシウム合金等で形成された外筐の内面に固定される。また、取付部材２６は、放熱シート２５が可撓性を有することから、位置決めのため、位置決め突起２６ｃが設けられている。したがって、撮像素子２１で発熱した熱は、プレート２２と放熱シート２５を介して装置本体２を構成する外筐に逃がされることになる。

この放熱シート２５は、ホルダ２７により保持される。このホルダ２７は、プレート２２と略同じ大きさの主面部２７ａが設けられ、その両側に、断面略Ｃ字状の保持片２７ｂが設けられている。保持片２７ｂの先端部には、ホルダ２７をフレーム２３に取り付けるための取付孔２７ｃが設けられている。ホルダ２７は、ねじ２８により、取付孔２７ｃとフレーム２３に設けられた取付孔２３ｄを介して第１の取付フレーム３０に固定され、これにより、放熱シート２５保持する。このホルダ２７は、更に、プリント配線基板１３との間隙を確保するためのスペーサとして機能する。

放熱シート２５とホルダ２７の主面部２７ａとの間には、図４に示すように、放熱シート２５をプレート２２に押さえ付ける押さえブロック２９が挿入される。この押さえブロック２９は、ホルダ２７の保持片２７ｂの高さと略同じ厚さに形成されており、放熱シート２５と接する面が放熱板となるプレート２２と略同じ大きさに形成されており、これと対向するホルダ２７側の面であって、保持片２７ｂと平行な側縁に切欠部２９ａが形成されている。

押さえブロック２９がホルダ２７に挿入されたとき、切欠部２９ａとホルダ２７の主面部２７ａとの間に形成された空間部には、弾性体３１が挿入される。弾性体３１は、例えば板バネを波状に折曲して形成されたものであり、図７に示すように、切欠部２９ａとホルダ２７の主面部２７ａとの間に形成された空間部に挿入されることにより、押さえブロック２９を介して放熱シート２５をプレート２２に押圧し、放熱シート２５をプレート２２に密着させる。これにより、撮像素子２１で発熱した熱は、プレート２２と放熱シート２５を介して装置本体２の外筐に効率よく逃がされる。

弾性体３１は、一端部が平板状になっており、切欠部２９ａとホルダ２７の主面部２７ａとの間に形成された空間部から抜き差しを行う際の操作部３１ａとなっている。この操作部３１ａは、図２に示すように、切欠部２９ａとホルダ２７の主面部２７ａとの間に形成された空間部に挿入されているとき、ホルダ２７の主面部２７ａより外部に臨み、抜き差しの操作が可能な状態となっている。放熱シート２５の交換を行う際には、弾性体３１を操作部３１ａを介して、切欠部２９ａとホルダ２７の主面部２７ａとの間に形成された空間部から引き抜き、更に、押さえブロック２９をホルダ２７から引き抜くことで、放熱シート２５が拘束されていない状態とする。この後、放熱シート２５は、取付部材２６を装置本体２の外筐から取り外すのみで、容易に交換することができる。

撮像素子ユニット１２において、撮像素子２１が取り付けられたプレート２２を保持しているフレーム２３に対しては、ホルダ２７及び第１の取付フレーム３０がねじ２８により固定されると共に、第１の取付フレーム３０がねじ３０ａにより固定されるに止まり、可撓性を有する放熱シート２５は、ねじ等で固定されない。したがって、撮像素子２１が取り付けられたプレート２２を保持しているフレーム２３に外力が加わることを防止することができ、撮像素子２１の保護を図ることができる。なお、組立時においては、撮像素子２１が取り付けられたプレート２２を保持しているフレーム２３がねじ３０ａにより第１の取付フレーム３０に固定されて、一のユニット（第１のユニット）３２として取り扱われる。

この第１のユニット３２は、図８に示すように、鏡筒ユニット１４に取り付けるための第２のユニット３３に取り付けられる。この第２のユニット３３は、図８に示すように、第２の取付フレーム３４と、鏡筒ユニット１４に取り付けるためのサブプレート３５とを備える。第２の取付フレーム３４は、第１の取付フレーム３０と略同じ大きさに形成されている。第２の取付フレーム３４には、鏡筒ユニット１４からの光を取り込むための開口部３４ａが図示しない第１の取付フレーム３０の鏡筒ユニット１４からの光を取り込むための開口部に対応して設けられている。また、第２の取付フレーム３０には、短辺に、第１の取付フレーム３０の短辺に設けられた第１の接続片３０ｂと接合するための第２の接続片３４ｂが設けられている。

サブプレート３５は、図８に示すように、略矩形に形成され、中央部に鏡筒ユニット１４からの光を取り込むための開口部３５ａが設けられている。このサブプレート３５のＸ方向の両端には、鏡筒ユニット１４に位置決めして取り付けるためのテーパ部３５ｂ，３５ｃが設けられている。更に、一方のテーパ部３５ｂには、略中央部に、Ｘ方向の位置決めを行う位置決め凹部３５ｄが設けられている。このサブプレート３５は、ねじ３６により第２の取付フレーム３４に固定される。

以上のように構成された第２のユニット３３と第１のユニット３２は、第１の接続片３０ｂと第２の接続片３４ｂとを半田付けや接着剤等で一体的に接合されることにより一体化される。このとき、第１のユニット３２側の撮像素子２１のあおりを半田の両等を調整しながら第１の接続片３０ｂと第２の接続片３４ｂとを接合する。組立時には、第１のユニット３２と第２のユニット３３とを一体的に接合し、上述の鏡筒ユニット１４に取り付けられた後、上述した放熱シート２５やホルダ２７が取り付けられ、撮像素子ユニット１２が構成されることになる。なお、第１の取付フレーム３０及び第２の取付フレーム３４は、アルミニウム等でも良いが、チタン、パーマロイ等の低線膨張係数の金属材料を折曲して形成されている。

以上のような撮像素子ユニット１２が取り付けられる鏡筒ユニット１４は、図９に示すように、鏡筒４１を有する。この鏡筒４１は、内部に色フィルタ等が設けられている。鏡筒４１の撮像素子ユニット１２の取付面には、サブプレート３５の一方のテーパ部３５ｂが係合される係合溝４２ａが設けられた係合片４２が設けられている。この係合溝４２ａは、サブプレート３５の係合部となるテーパ部３５ｂが係合されることによって、Ｙ方向及びＺ方向の位置決めを行う。また、鏡筒４１の取付面には、サブプレート３５の位置決め凹部３５ｄに係合して撮像素子ユニット１２のＸ方向の位置決めを行う位置決め突起４３が設けられている。

サブプレート３５は、一方のテーパ部３５ｂを鏡筒４１の取付面の係合溝４２ａに係合させると共に、位置決め凹部３５ｄに位置決め突起４３を係合させて取り付けられ、他方の側は、取付部材４４により取り付けられる。図７、図９及び図１０に示すように、取付部材４４は、金属板を折曲して形成され、鏡筒４１に取り付けるための取付片４４ａと、この取付片４４ａに対して傾斜した押圧片４４ｂとを有する。取付片４４ａには、取付孔４４ｃが設けられ、ねじ４５により鏡筒４１に固定される。押圧片４４ｂは、取付片４４ａがねじ４５によって鏡筒４１に締め付けられることによって、サブプレート３５の他方のテーパ部３５ｃをＹ方向とＺ方向に押圧する押圧力を発生し、サブプレート３５のテーパ部３５ｂを係合溝４２ａに押し付ける。

したがって、撮像素子ユニット１２は、サブプレート３５の位置決め凹部３５ｄに鏡筒４１の位置決め突起４３が係合することによって、Ｘ方向の位置決めがされ、サブプレート３５のテーパ部３５ｂが係合溝４２ａに押し付けられることによって、Ｙ方向Ｚ方向の位置決めがされることになる。また、撮像素子ユニット１２は、ねじ４５を用いて鏡筒４１の取付面に取り付けられることから、着脱作業が極めて容易でメンテナンス作業を容易に行うことができる。

なお、以上、位置決め突起４３を鏡筒４１に設け、位置決め凹部３５ｄをサブプレート３５に設けた例を説明したが、これとは逆に、位置決め突起４３をサブプレート３５に設け、位置決め凹部３５ｄを鏡筒４１に設けるようにしても良い。また、係合溝４２ａを鏡筒４１に設け係合部となるテーパ部３５ｂをサブプレート３５に設けた例を説明したが、係合溝４２ａをサブプレート３５に設け、係合部となるテーパ部３５ｂを鏡筒４１に設けるようにしても良い。

ところで、鏡筒４１は、内部に色フィルタ、レンズ等の光学部品が内蔵されていることから、撮像素子２１の発熱やその他の電子部品の発熱により膨張等して変形すると、光路長が変動してしてまい、撮像素子２１での結像位置のずれを招き、焦点がぼけてしまうことになる。これを、図１１を参照して説明する。上述のように、本発明を適用したビデオカメラ装置１は、装置本体２に対してレンズユニット３が着脱可能である。そこで、装置本体２の前面には、レンズユニット３を取り付ける取付機構としてレンズマウント７が設けられている。このレンズマウント７には、鏡筒ユニット１４が固定されることになる。レンズマウント７には、レンズユニット３側のレンズマウントを構成する固定リング５１が突き当てられるフランジ部５２が設けられている。このフランジ部５２の固定リング５１の突き当て面５３は、装置本体２の撮像ユニット１１を組み立てるに当たっての光学的な基準面となる。したがって、鏡筒４１が熱により変形すると、光路長がずれたり光軸がずれたりする。

そこで、鏡筒４１では低線膨張係数の材料で形成され、ここでは、例えば鉄−ニッケル合金であるパーマロイで形成されている。したがって、撮像素子２１の発熱、その他装置本体２内の電子部品の発熱によって光路長や光軸がずれることを防止することができる。また、鏡筒４１に取り付けられる撮像素子ユニット１２を構成する第１の取付フレーム３０や第２の取付フレーム３４もパーマロイ等同じ材料や線膨張係数の近い材料で形成することで、線膨張係数の相違による歪み等の発生を防止することもできる。

このビデオカメラ装置１では、撮像素子２１が取り付けられたプレート２２を保持しているフレーム２３をねじ３０ａにより第１の取付フレーム３０に固定して第１のユニットット）３２を組み立て、次いで、第２の取付フレーム３４にサブプレート３５を組み付けた第２のユニット３３を組み立て、次いで、図８に示すように、第１のユニット３２と第２のユニット３３とを結合し、この後、図９に示すように、サブプレート３５を鏡筒ユニット１４を構成する鏡筒４１に組み付ける。この後、撮像素子ユニット１２のフレーム２３には、放熱シート２５やホルダ２７が取り付けられ、最後に、図２及び図７に示すように、プリアンプ回路等が組み付けられたプリント配線基板１３に、撮像素子２１のリード端子２３ｃが半田付けされることになる。

以上のような撮像ユニット１１では、放熱シート２５の交換等のメンテナンスを行うとき、弾性体３１を切欠部２９ａとホルダ２７の主面部２７ａとの間に形成された空間部から引き抜くだけで良く、極めて作業が簡単となる。また、鏡筒４１のメンテナンスを行うとき、取付部材４４を外すだけで、鏡筒ユニット１４から撮像素子ユニット１２を取り外すことができ、極めて作業が容易となる。すなわち、この撮像ユニット１１では、メンテナンスのとき、撮像素子２１のリード端子２３ｃとプリント配線基板１３との半田付けを取り除かないようにすることができる。

また、撮像素子２１の放熱に関しては、撮像素子２１に取り付けられたプレート２２及び放熱シート２５を介して装置本体２を構成する外筐に逃がすことができる。撮像素子２１の放熱の機構は、放熱シート２５をプレート２２に密着させる押さえブロック２９を保持するホルダ２７をプレート２２及び第１の取付フレーム３０に固定するようにし、更に、フレーム２３を第１の取付フレーム３４に取り付けるようにし、更に、放熱を可撓性を有する放熱シート２５で行うようにしたので、放熱機構を取り付けるに当たっての外力が撮像素子２１に加わることを防止することができる。

更に、鏡筒４１は低線膨張係数の材料で形成されていることから、撮像素子２１の発熱、その他装置本体２内の電子部品の発熱によって光路長や光軸がずれることを防止することができる。また、鏡筒４１に取り付けられる撮像素子ユニット１２を構成する第１の取付フレーム３０や第２の取付フレーム３４もパーマロイ等同じ材料や線膨張係数の近い材料で形成することで、線膨張係数の相違による歪み等の発生を防止することもできる。

以上、本発明をビデオカメラ装置１を例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、スチルカメラ等にも適用可能である。

本発明を適用したビデオカメラ装置の側面図である。撮像ユニットを一方の側から見た斜視図である。撮像ユニットを他方の側から見た斜視図である。撮像ユニットの分解斜視図である。撮像素子ユニットの斜視図である。（Ａ）は、撮像素子ユニットの側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＩ−Ｉ断面図である。撮像ユニットの断面図である。第１のユニットと第２のユニットを示す斜視図である。撮像素子ユニットと鏡筒ユニットとを示す斜視図である。鏡筒へのサブプレートの取付状態を示す斜視図である。装置本体に内蔵される鏡筒の断面図である。

符号の説明

１ビデオカメラ装置、２装置本体、３レンズユニット、７レンズマウント、１１撮像ユニット、１２撮像素子ユニット、１３プリント配線基板、１４鏡筒ユニット、２１撮像素子、２２プレート、２３フレーム、２４透明基板、２５放熱シート、２６取付部材、２７ホルダ、２９押さえブロック、３０第１の取付フレーム、３１弾性体、３２第１のユニット、３３第２のユニット、３４第２の取付フレーム、３５サブプレート、４１鏡筒、４２係合片、４２ａ係合溝、４３位置決め突起、４４取付部材、５１固定リング、５２フランジ部、５３突き当て面

Claims

撮像素子を有する撮像素子ユニットと、
レンズユニットが着脱可能であり、取り付けられるレンズユニットと上記撮像素子との光学的な基準面を有するレンズマウントと、
上記レンズマウントと上記撮像素子との間に設けられる鏡筒とを有し、
上記鏡筒は、低線膨張係数の材料で形成されていることを特徴とする撮像装置。
上記低線膨張係数の材料は、鉄−ニッケルであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
上記レンズユニットは、サブプレートを介して上記鏡筒に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
上記鏡筒と上記サブプレートの相対する取付面の一方には、Ｘ軸方向の位置決め突起が設けられ、他方には、上記位置決め突起が係合する位置決め凹部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
上記鏡筒と上記サブプレートのＹ軸方向の一端には、一方に、係合溝が形成され、他方にこの係合溝に係合される係合部が形成されており、
上記サブプレートの上記Ｙ軸方向の他端は、上記鏡筒の上記Ｙ軸方向の他端に固定される押さえ部材によって、上記Ｙ軸方向の一端側に押圧されると共に、取付面同士を密着させるＺ軸方向に押圧されることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。