JP2012049613A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子が移動可能に筐体に保持されるものであっても、撮像素子の位置に関わらず、安定して撮像素子を冷却する。
【解決手段】 撮像素子４１と、放熱部４２ａが形成され、撮像素子４１と熱結合する放熱部材４２と、撮像素子４１および放熱部材４２を移動可能に保持するものであって、撮像素子４１および放熱部材４２が移動範囲内のどの位置に移動しても、放熱部４２ａが露出する開口部２５が形成されるレンズ筐体２３と、空気流を発生させる送風ファン３２と、送風ファン３２による空気流を開口部２５に向かわせる第１の空気流路Ａを形成するダクト３１を有する。
【選択図】 図７

Description

本発明は撮像装置に関し、特に撮像素子の冷却構造に関するものである。

撮像素子は受光した光を電気信号に変換し出力するものである。撮像素子の温度が上昇すると不要なノイズ成分が出力信号に重畳し画質劣化を引き起こすため、撮像素子を備えた装置では撮像素子を冷却することが必須となっている。

例えば、撮像素子と装置筐体を放熱部材で機械的に接続することで、熱伝導によって撮像素子の熱を筐体表面から外気に放出するものがある。この方式は簡単な構造でコスト的にも有利であることから、製品実装形態として広く用いられている。（例えば、特許文献１参照）
また、撮像素子周辺に空気流路を形成し、強制空冷によって冷却する手段も提案されている。より高い冷却効果が見込めること、装置筐体が熱くなるのを回避できること等、熱伝導による冷却手段と比較して有利な点も多い。（例えば、特許文献２参照）

特開２００５−３５４６３７号公報 特開２００９−３３７１８号公報

デジタルカメラ等の撮像装置では、撮像光学系を構成するレンズ群のうち１群もしくは複数群を移動させることで撮影画像の画角変更を行う変倍機構を有するものが一般的である。これに加えて近年では、撮像光学系の小型化や信頼性向上を目的として、被写体像が結像される撮像素子を、変倍操作によって可動レンズ群とともに移動させる構成が提案されている。

このような変倍操作によって撮像素子を移動させる構成では、上述した冷却方法を適用すると以下の問題が生じ得る。

熱伝導による冷却方法については、撮像素子と装置筐体等を放熱部材で機械的に結合することが必要であるので、撮像素子が移動する構成では適用が難しい。

強制空冷による冷却についても、撮像素子周辺に直接の空気流路を形成することに伴う問題が懸念される。即ち、変倍動作に伴って撮像素子の位置が変化するので、撮像素子の位置に応じて流路も変化させる必要があり、冷却効果が安定しない。撮像素子の配置や周辺空間によっては効果的な流路を確保するために装置を大型化する必要が生じる。撮像素子がレンズ機構の一部となるためレンズ内に空気流が形成されることで塵埃の混入や飛散が発生する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、撮像素子が移動可能に筐体に保持されるものであっても、撮像素子の位置に関わらず、安定して撮像素子を冷却することのできる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、撮像素子と、放熱部が形成され、前記撮像素子に固定されることで前記撮像素子と熱結合する放熱部材と、前記撮像素子および前記放熱部材を移動可能に保持するものであって、前記撮像素子および前記放熱部材が移動範囲内のどの位置に移動しても、前記放熱部が露出する開口部が形成される筐体と、空気流を発生させるファンと、前記ファンによる前記空気流を前記開口部に向かわせる空気流路を形成するダクトを有することを特徴とする。

撮像素子が移動可能に筐体に保持されるものであっても、撮像素子の位置に関わらず、安定して撮像素子を冷却することが可能となる。

本実施形態のデジタルカメラを説明する斜視図。 レンズユニット２０を光軸を含む垂直面で切断した断面図。 撮像ユニット４０を分解した分解斜視図。 撮像ユニット４０が光軸方向に移動したときの放熱部４２ａの位置関係を説明する図。 冷却ユニット３０の外観を示す斜視図。 冷却ユニット３０を光軸との直交面で切断した断面図。 レンズユニット２０および冷却ユニット３０を光軸との直交面で切断した断面図。

以下、本発明を実施した撮像装置としてのデジタルカメラについて、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は本実施形態のデジタルカメラを説明する斜視図である。図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のデジタルカメラの外観を示す斜視図であり、図１（ｃ）は本実施形態のデジタルカメラの内部構成を示す斜視図である。

図１（ａ）および（ｂ）に図示するように、本実施形態のデジタルカメラは、カメラ本体１０と、レンズユニット２０で構成されている。カメラ本体１０にはズームキー１１を備え、レンズユニット２０には、ズームリング２１を備えている。図１（ｃ）に図示するように、カメラ本体１０の内部には、ズームキー１１またはズームリング２１からの出力信号に基づいて、ズームイン、ズームアウト等の変倍動作を実行する制御部１２を備えられている。

また、図１（ｃ）に図示するように、レンズユニット２０は、後述する撮像素子を冷却するための冷却ユニット３０を備えている。

次に、図２を参照して、レンズユニット２０の内部構成について説明する。図２は、レンズユニット２０を光軸を含む垂直面で切断した断面図である。レンズユニット２０は、レンズ筐体２３の内部に、第１レンズ群２２ａ、第２レンズ群２２ｂ、第３レンズ群２２ｃ、第４レンズ群２２ｄから成る撮影レンズ群２２と、撮影レンズ群２２からの被写体像が結像される撮像ユニット４０を保持する。すなわち、レンズ筐体２３は撮像ユニット４０を移動可能に保持する筐体に相当する。

本実施形態では、第２レンズ群２２ｂ、第４レンズ群２２ｄ、撮像ユニット４０が光軸方向に移動可能な可動群であり、図示しない個別のアクチュエーターに駆動されることで、それぞれが光軸方向に移動する。

撮影者がズームキー１１またはズームリング２１を操作することで、制御部１２が各アクチュエーターを駆動制御して、変倍動作を実行する。

図３は、撮像ユニット４０を分解した分解斜視図である。撮像ユニット４０は、撮像素子４１、放熱部材４２、ローパスフィルタ４３、ゴムブッシュ４４、ホルダ４５を一体化したものである。撮像素子４１は、前述した撮影レンズ群２２により結像された被写体像を電気信号に変換し出力するもので、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の光電変換素子である。

図３に図示するように、放熱部材４２には放熱部４２ａが形成されている。放熱部４２ａは撮像ユニット４０が移動範囲内のどの位置に移動しても、後述するレンズ筐体２３の開口部２５から露出するように、光軸方向に延出した形状を有している。放熱部材４２は、撮像素子４１の背面に接触するように固定されると同時にホルダ４５とも固定され、撮像素子４１の位置決め部材としても機能している。すなわち、放熱部材４２と撮像素子４１とは熱結合している。ホルダ４５には光軸方向に穿設された案内孔４５ａが形成され、レンズユニット２０内に設けられたガイドシャフト２４が案内孔４５ａに挿通することで、撮像ユニット４０が光軸方向に移動する際の精度を保証する。

図４（ａ）および（ｂ）は、レンズユニット２０の変倍動作に連動して、撮像ユニット４０が光軸方向に移動したときの放熱部４２ａの位置関係を説明する図である。レンズ筐体２３の側面には、開口部２５が穿設されており、撮像ユニット４０は、開口部２５から放熱部４２ａが露出するようにレンズユニット２０内に配置される。図４（ａ）は、撮像ユニット４０が移動範囲の後方端に位置する状態を示している。このとき、開口部２５から放熱部４２ａの先端部が露出する。この状態であっても、放熱部４２ａが開口部２５を完全に塞ぐ位置関係となる。一方、図４（ｂ）においては、撮像ユニット４０が移動範囲の前方端に位置する状態を示している。このとき、開口部２５から放熱部４２ａの後端部が露出する。この状態であっても、放熱部４２ａが開口部２５を完全に塞ぐ位置関係となる。すなわち、撮像ユニット４０が移動範囲内のどの位置に移動しても、放熱部４２ａは開口部２５から露出するとともに、放熱部４２ａが開口部２５を完全に塞ぐ位置関係となる。したがって、開口部２５からゴミなどの異物がレンズユニット２０の内部に入り込むことはない。

図５（ａ）および（ｂ）は、冷却ユニット３０の外観を示す斜視図である。冷却ユニット３０は、ダクト３１、送風ファン３２、送風ファン３３を一体として構成される。送風ファン３２は第１のファンに相当し、送風ファン３３は第２のファンに相当する。ダクト３１には、送風ファン３２による空気流を吐出する吐出口３５と、送風ファン３３による空気流を吸入する吸気口３６が形成される。送風ファン３２は吸気口３４を有し、送風ダクト３１に密接固定される。送風ファン３３は排気口３７を有し、ダクト３１に密接固定される。したがって、ダクト３１は、送風ファン３２が吸気口３４から吸入した空気流を吐出口３５から吐出する第１の空気流路を形成する。そして、ダクト３１は、送風ファン３３がダクト３１内の空気を排気口３７から排出することで、新たな空気が吸気口３６からダクト３１内に入る第２の空気流路を形成する。

図６は、冷却ユニット３０を光軸との直交面で切断した断面図である。送風ダクト３１内には、送風ファン３２による第１の空気流路Ａおよび送風ファン３３による第２の空気流路Ｂが形成される。図６に図示するように、第１の空気流路Ａおよび第２の空気流路Ｂは互いに交差する。

本実施形態では、送風ファン３２は高圧力特性を有するので、第１の空気流路Ａは指向性の強い高流速の空気流となり、高い局所空冷能力を有する。一方、送風ファン３３は大風量としているので、第２の空気流路Ｂは送風ダクト３１内を全体的に吸引する空気流となり、送風ダクトを均一に換気する能力を有する。送風ファン３２および送風ファン３３はそれぞれ独立した吸気口を設けているので、第１の空気流路Ａには常に冷たい外気が流入し、第２の空気流路Ｂは送風ファン３３の大風量に応じた換気性能を維持することができる。すなわち、各々の空気流路が有する能力を最大に発揮することができる。

図７は、レンズユニット２０および冷却ユニット３０を、撮像ユニット４０の近辺において光軸との直交面で切断した断面図である。まず、撮像素子４１から発生した熱は、熱伝導によって放熱部材４２を経由して放熱部４２ａまで伝達される（図７中に示した点線）。図７に図示するように、冷却ユニット３０をレンズユニット２０に取り付けた状態では、吐出口３５が開口部２５に対向する位置関係となる。すなわち、吐出口３５が形成されることでダクト３１は送風ファン３２による空気流を開口部２５に向かわせる第１の空気流路Ａを形成する。したがって、放熱部４２ａは、開口部２５および吐出口３５を通してダクト３１の内部に露出した状態となり、ここに第１の空気流路Ａによって高流速の空気が吹き付けられることで強制的に冷却される。前述したように、放熱部４２ａは、レンズ筐体２３の内壁に近接して光軸方向に延出した形状を成しているので、撮像ユニット４０の位置に関わらず、放熱部４２ａは開口部２５から露出するとともに、放熱部４２ａが開口部２５を完全に塞ぐ状態となる。したがって、放熱部４２ａに吹き付けられて温度上昇した空気は、ダクト３１内に拡散した後、第２の空気流路Ｂによりダクト３１の外に排気される。

以上に述べた本実施の形態による撮像装置では、以下のような効果を奏する。撮像素子と一体で移動する放熱部材を高流速の気流で局所空冷するので、移動する撮像素子を効率よく冷却することができる。空気流路をレンズユニットの外部に形成し、冷却機構と撮像機構を構造的に分離しているため、空冷機構を最適化でき、装置全体を小型化することができる。放熱部材の位置に関わらず、放熱部がレンズ筐体の開口部を覆う構造としているので、レンズユニットの防塵性を確保することができる。特性の異なる複数の送風ファンを備えるとともに、個別の吸気口を有するので、冷却効果を最大限に発揮することができる。

２０ レンズユニット
２３ レンズ筐体
２５ 開口部
３０ 冷却ユニット
３１ ダクト
３２ 送風ファン
３３ 送風ファン
３４ 吸気口
３５ 吐出口
３６ 吸気口
３７ 排気口
４０ 撮像ユニット
４１ 撮像素子
４２ 放熱部材
４２ａ 放熱部

Claims (4)

1. 撮像素子と、
   放熱部が形成され、前記撮像素子に固定されることで前記撮像素子と熱結合する放熱部材と、
   前記撮像素子および前記放熱部材を移動可能に保持するものであって、前記撮像素子および前記放熱部材が移動範囲内のどの位置に移動しても、前記放熱部が露出する開口部が形成される筐体と、
   空気流を発生させるファンと、
   前記ファンによる前記空気流を前記開口部に向かわせる空気流路を形成するダクトを有することを特徴とする撮像装置。
2. 撮像素子と、
   放熱部が形成され、前記撮像素子に固定されることで前記撮像素子と熱結合する放熱部材と、
   前記撮像素子および前記放熱部材を移動可能に保持するものであって、前記撮像素子および前記放熱部材が移動範囲内のどの位置に移動しても、前記放熱部が露出する開口部が形成される筐体と、
   空気流を発生させる第１のファンと、
   前記第１のファンによる前記空気流を前記開口部に向かわせる第１の空気流路を形成するとともに、前記第１の空気流路と交差する第２の空気流路を形成するダクトと、
   前記第２の空気流路の空気を排出する第２のファンとを有することを特徴とする撮像装置。
3. 前記放熱部は、前記撮像素子および前記放熱部材が移動範囲内のどの位置に移動しても、前記開口部を塞ぐように、前記開口部から露出す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。
4. 前記撮像素子および前記放熱部材は撮影レンズの変倍動作に連動して光軸方向に移動可能に前記筐体に保持されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。