JP2017220882A - 撮像素子ユニットおよびこれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学機器本体の筐体部材に設けられる取付面を広くすることなく、撮像素子の熱の光学機器本体の筐体部材への放熱効果を高く保つことが可能な撮像素子ユニットおよびこれを用いた光学機器を提供する。【解決手段】撮像素子と、前記撮像素子と電気的に結合し前記撮像素子を動作させる電気基板と、前記撮像素子と前記電気基板との間にあって前記撮像素子を保持する保持部材と、を一体的に設けた状態で光学機器本体の筺体部材における所定領域と前記保持部材が結合可能な撮像素子ユニットであって、前記撮像素子に当接する第１の領域と、前記筐体部材に当接する第２の領域を備え、前記撮像素子の熱を前記保持部材とは別に前記筐体部材に放熱する放熱部材を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子ユニットおよびこれを用いた光学機器に関し、特に撮像素子の放熱構造に関するものである。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置は高画素化によって、撮像素子自身の温度上昇が顕著になってきている。撮像素子は温度上昇に伴って暗電流（熱ノイズ）が増加し、画質が劣化してしまう為、撮像素子に対して様々な放熱構造が提案されている。

また、高性能カメラに搭載する撮像素子は高い撮像性能を確保する為に、撮像面の位置を撮影レンズに対して、高精度に保つ機構を備える構成とすることが一般的である。特許文献１では、撮像素子保持板を撮像素子とプリント基板で挟み込んで一体構成とし、撮像素子保持板を光学機器本体の筐体部材（カメラ筐体）に３点で取付け、撮像素子の熱を撮像素子保持板を介してカメラ筐体へ放熱する構造としている。

特開２０１２−１８６５８０号公報

上述の従来技術のように、撮像素子保持板を３点で取付ける場合、カメラ筐体側もそれに応じた３箇所の凸部のみを取付面として設けるのが一般的である。なぜなら、取付面を広く設定するほど各面の相互差や平面度のズレが撮像素子保持板にストレスを与えることとなり、高精度に管理する必要がある撮像素子の撮像面の位置精度を維持できないからである。

しかしながら、３箇所の凸部のみを取付面として設ける場合、撮像素子保持板とカメラ筐体との接触面積が小さくなってしまい、撮像素子の熱のカメラ筐体への放熱効果が低くなってしまうという課題があった。

本発明の目的は、光学機器本体の筐体部材に設けられる取付面を広くすることなく、撮像素子の熱の光学機器本体の筐体部材への放熱効果を高く保つことが可能な撮像素子ユニットおよびこれを用いた光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る撮像素子ユニットは、撮像素子と、前記撮像素子と電気的に結合し前記撮像素子を動作させる電気基板と、前記撮像素子と前記電気基板との間にあって前記撮像素子を保持する保持部材と、を一体的に設けた状態で光学機器本体の筺体部材における所定領域と前記保持部材が結合可能な撮像素子ユニットであって、前記撮像素子に当接する第１の領域と、前記筐体部材に当接する第２の領域を備え、前記撮像素子の熱を前記保持部材とは別に前記筐体部材に放熱する放熱部材を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学機器は、筺体部材を備える光学機器本体と、上記撮像素子ユニットを有することを特徴とする。

本発明によれば、光学機器本体の筐体部材に設けられる取付面を広くすることなく、撮像素子の熱の光学機器本体の筐体部材への放熱効果を高く保つことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載したカメラ装置の内部構造を表す図 本発明の実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載したカメラ装置の外観図 第１の実施形態に係る撮像素子ユニットのＡ―Ａ断面の斜視図 第１の実施形態に係る撮像素子ユニットのＰ―Ｐ’断面図 第２の実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載したカメラ装置の内部構造を表す図およびＢ―Ｂ断面の斜視図 第３の実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載したカメラ装置の内部構造を表す図 第３の実施形態に係る撮像素子ユニットのＣ―Ｃ断面の斜視図 第３の実施形態に係る撮像素子保持版の形状を示す図 第３の実施形態に係る撮像素子ユニットのＤ−Ｄ断面図及びＥ部拡大図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（光学機器）
本発明の実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載した光学機器としての撮像装置（カメラ装置）について、図１乃至図４を参照し説明する。図２はカメラ装置の外観を表す図であり、１は撮影レンズ（撮像光学系）で、マウント２を介して光学機器本体の筺体部材としてのカメラ筺体３へ接続されている。４はカバーで、カメラ筐体３へ不図示のビスなどで固定されている。

（撮像素子ユニット）
図１で、５は撮像素子、６は撮像素子保持板（保持部材）、７は撮像素子を動作させる撮像素子基板（電気基板、プリント基板）であり、撮像素子保持板６は撮像素子５と撮像素子基板７で挟み込まれて撮像素子ユニットとして一体化されている。このように一体的に設けた状態でカメラ筐体３に結合可能な撮像素子ユニットは、図３（ａ）に示す丸型ボス部３ａ１、３ａ２及び図３（ｂ）に示す丸型ボス部３ａ３によりカメラ筐体３へ結合され、図２に示すカバー４に内包される。

撮像素子５は出力端子５ｂ１と５ｂ２を介して、半田付けなどで撮像素子基板７へ固定され、電気的に接続している。また、撮像素子保持板６は、撮像素子５の背面５ａと同じ高さの取付面６ａがカメラ筺体３に固定された図３（ａ）に示す丸型ボス部３ａ１・３ａ２及び図３（ｂ）に示す丸型ボス部３ａ３とで当接し、ビス１０で固定されている。

図１で、１１ａ１はカメラ筐体３の角型ボス部３ｂ１に当接する放熱部材１１の端部である。また、６ｃ１は６ｃ２、６ｃ３と同様で、撮像素子５の背面５ａが覗くように設けられた貫通穴（第１の貫通穴）６ｂと撮像素子保持板６の端部とを連通させる空隙部としての凹部である。これらについては後に詳述する。

８はメイン基板で、撮像素子基板７とコネクタ９とにより電気的に接続している。近年、撮像素子の高画素化に伴い、撮像情報は大容量かつ高速に伝送する必要が生じており、撮像情報の伝送ロスをなくす為には、本実施形態のように撮像素子５の略中央にコネクタ９を配置して、メイン基板８への伝送距離を最短にすることが必要である。

次に、図３と図４の説明を行う。図３（ａ）（ｂ）は、図１のＡ―Ａ断面の斜視図である。放熱部材１１は、撮像素子５の背面方向から見るとき、撮像素子５の背面領域を中心に放射状に複数方向へ伸びた形状を備える。そして、放熱部材１１は、長手方向の中央部で撮像素子５の背面５ａと当接しており、撮像素子保持板６の凹部６ｃ１・６ｃ２・６ｃ３を通して、カメラ筺体３の角型ボス部３ｂ１、３ｂ２、３ｂ３に対し、端部１１ａ１・１１ａ２・１１ａ３が当接している。よって、撮像素子５からの熱は、撮像素子保持板６とは別に放熱部材１１を介してカメラ筐体３へ放熱されることとなる。

ここで、図４は、図３（ｂ）の折れ線Ｐ−Ｐ’で切断したときの断面を示す。撮像素子保持板６の凹部６ｃ１・６ｃ３に配置される放熱部材１１は、撮像素子５の背面５ａと当接する第１の領域である中央部１１ａ０と、第２の領域である端部１１ａ１、１１ａ３（１１ａ２）を備える。更に、本実施形態の放熱部材１１は段差部１１ｇ１、１１ｇ２を備える。

段差部１１ｇ１の位置は撮像素子５の一方の端部位置に相当する一方、段差部１１ｇ２の位置は撮像素子５の他方の端部より内側の位置となっている。これは、段差部１１ｇ２の位置が、端部１１ａ３および１１ａ２に向かう放熱部材１１が分岐する位置で該当するためである。

放熱部材１１の材質は、熱伝導性が高く柔軟性のあるシート材が好ましいが、適宜折り曲げで製作された金属製の薄板などでもよい。

なお、図３で、６ｂは撮像素子保持板６の貫通穴であり、接着剤を用いることで放熱部材１１の中央部１１ａ０と撮像素子５の背面５ａの対応領域が接着固定される。

以上の構成により、撮像素子５の熱は、撮像素子保持板６を介してカメラ筺体３へ放熱されるのに加え、放熱部材１１を介してもカメラ筺体３へ放熱されるので、高い放熱効果を得ることができる。

《第２の実施形態》
以下、図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る撮像素子ユニットの構成について説明する。第１の実施形態と同様の機能は省略し、異なる項目についてのみ説明する。
第１の実施形態では段差のある放熱部材を用い、放熱部材を設置するための凹部を撮像素子保持板６に設けたが、本実施形態では段差の無い平板状の放熱部材を用い、放熱部材を設置するための凹部を撮像素子に設ける。

図５（ａ）は本実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載したカメラ装置の内部構造を表す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面の斜視図である。

図５（ａ）において、２０５は撮像素子で、図５（ｂ）に示すように撮像素子５の背面５ａに凹部２０５ｂ１・２０５ｂ２・２０５ｂ３を備えている。２０６は撮像素子保持板で、第１の実施形態と同様に、撮像素子２０５と撮像素子基板７とで一体化されている。放熱部材２１１は、撮像素子２０５の凹部２０５ｂ１・２０５ｂ２・２０５ｂ３に当接することで、それぞれの当接領域で撮像素子２０５の背面２０５ａからの熱を受ける。そして、第１の実施形態と同様にカメラ筐体３の角型ボス部３ｂ１・３ｂ２・３ｂ３に連結され、撮像素子５からの熱は放熱部材２１１を介してカメラ筐体３へ放熱されることとなる。

以上の構成により、段差の無い放熱部材２１１により撮像素子２０５に直接接触する面積が増えるため、放熱効果が第１の実施形態より高い。

《第３の実施形態》
以下、図６乃至図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係る撮像素子ユニットの構成について説明する。第１の実施形態と同様の機能は省略し、異なる項目についてのみ説明する。第１の実施形態では撮像素子の有効領域内の背面位置に段差１１ｇ２を備えた放熱部材を用いたが、本実施形態では撮像素子の有効領域外に段差を備えた放熱部材を用いる。

図６は本実施形態に係る撮像素子ユニットを搭載したカメラ装置の内部構造を表す図であり、図７は図６のＣ−Ｃ断面の斜視図であり、図９は図７のＤ−Ｄ断面及びＥ部拡大図である。また、図８は本実施形態の撮像素子保持板の形状を示す。

図７において、３０６は保持部材としての撮像素子保持板で、中央部に図８に示す第１の貫通穴である角穴３０６ａと、その周辺に繋がる第２の貫通穴である切欠き部３０６ｂ１・３０６ｂ２・３０６ｂ３を有する。ここで、切欠き部３０６ｂ１・３０６ｂ２・３０６ｂ３は、その端部が撮像素子５の有効領域の外側にあり、撮像素子５より大きい範囲まで切欠かれている。

３１１は放熱部材で、図９に示すように中央部３１１ｃは撮像素子５の背面５ａと当接する。そして、端部３１１ａ１に向かう段差部である中間部３１１ｂ１は、撮像素子保持板３０６の切欠き部３０６ｂ１を通し、端部３１１ａ１に連結する。これにより、放熱部材３１１の端部３１１ａ１は、カメラ筐体３の角型ボス部３ｂ１に当接する。よって、撮像素子５からの熱は放熱部材３１１を介してカメラ筐体３へ放熱されることとなる。

以上の構成により、撮像素子保持板３０６に貫通穴である切欠き部を設けることで、放熱部材３１１が撮像素子５に直接接触する面積が増えるので、放熱効果が第１の実施形態より高くなる。また、第２の実施形態のような撮像素子２０５の背面の凹部を無くすことができるので、製造し易くなる。

（変形例）
以上、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。

（変形例１）
上述した実施形態では、撮像素子を保持する保持部材が光学機器本体の筐体部材における所定領域と結合可能な撮像素子ユニットとして、撮像素子保持板がカメラ筐体と３箇所においてのみ当接するものを示したが、本発明はこれに限られない。即ち、撮像素子保持板がカメラ筐体と複数箇所（３箇所の他、４箇所以上あるいは２箇所）においてのみ当接するものであっても良い。

３・・カメラ筺体、５・・撮像素子、６・・撮像素子保持板、７・・撮像素子基板（電気基板）、１１・・放熱部材

Claims (10)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子と電気的に結合し前記撮像素子を動作させる電気基板と、
   前記撮像素子と前記電気基板との間にあって前記撮像素子を保持する保持部材と、
   を一体的に設けた状態で光学機器本体の筺体部材における所定領域と前記保持部材が結合可能な撮像素子ユニットであって、
   前記撮像素子に当接する第１の領域と、前記筺体部材に当接する第２の領域を備え、前記撮像素子の熱を前記保持部材とは別に前記筺体部材に放熱する放熱部材を有することを特徴とする撮像素子ユニット。
2. 前記保持部材が前記筺体部材と複数箇所において当接し結合可能であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子ユニット。
3. 前記放熱部材を設置するための空隙部を、前記撮像素子から前記電気基板までの間に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子ユニット。
4. 前記保持部材は前記撮像素子の背面が覗くように設けられた貫通穴を有し、
   前記空隙部は前記貫通穴と前記保持部材の端部とを連通させる凹部として設けられることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子ユニット。
5. 前記空隙部は、前記撮像素子の一方の端部と他方の端部を連通させる凹部として前記撮像素子の背面に設けられることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子ユニット。
6. 前記保持部材は前記撮像素子の背面が覗くように設けられた貫通穴を有し、
   前記空隙部として前記第２の貫通穴の端部が前記撮像素子の有効領域の外側にあることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子ユニット。
7. 前記放熱部材が複数箇所において前記筺体部材と結合可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像素子ユニット。
8. 前記放熱部材は、前記撮像素子の背面領域を中心に放射状に複数方向へ伸びた形状を備えることを特徴とする請求項７に記載の撮像素子ユニット。
9. 前記複数箇所は、少なくとも３箇所であることを特徴とする請求項２または７に記載の撮像素子ユニット。
10. 筺体部材を備える光学機器本体と、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像素子ユニットと、
    を有することを特徴とする光学機器。