JP2019114886A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化に適するとともに排熱の効率が良い撮像装置を提供すること。【解決手段】撮影光学系と撮像素子と、撮影光学系および撮像素子を含むレンズ鏡筒と、ファンを含んだ冷却手段と、吸気口または排気口付近に撮像素子を含む電子機器の熱を導く熱輸送手段と、前記ファンの回転体を光軸方向から見たときに前記レンズ鏡筒と重ならないようにするとともに、前記ファンの回転体を光軸垂直方向から見たときに前記レンズ鏡筒と重なるようにしながら、撮影光学系の光軸とファンの回転軸を平行になるように配置されるように撮像装置を構成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却手段を備えた撮像装置に関し、特に冷却手段としてファンを備えた撮像置に関する。

近年カメラのデジタル化及び高機能化により、カメラで消費される電力は増加する傾向にある。一方で、カメラを小型化したいという要請も強い。このような環境下ではカメラの排熱が課題となる。これを解決するためにファンを搭載するデジタルカメラが提案されている。

特許文献１では、カメラのズーム駆動のためのモータを利用して排気ファンを回転させるデジタルカメラが開示されている。この発明によれば発熱量が大きい状況で強制空冷によってカメラを冷却することができる。

特開２００８−２２５１３９号公報

一方で、特許文献１を用いた場合においてもファンの流路が限定されていないために発熱部に十分な空気の流れが発生するとは限らず排熱の効率が低いという課題があった。

そこで、本発明の目的は、小型化に適するとともに排熱の効率が良い撮像装置を提供することである。

撮影光学系と撮像素子と、前記撮影光学系および前記撮像素子を保持するレンズ鏡筒と、
ファンを含んだ冷却手段と、吸気口または排気口付近に撮像素子を含む電子機器の熱を導く熱輸送手段と、前記ファンの回転体が光軸方向から見たときに前記レンズ鏡筒と重ならないようにするとともに、ファンの回転体が光軸垂直方向から見たときに前記レンズ鏡筒と重なるようにしながら、撮影光学系の光軸とファンの回転軸を平行になるように配置されるように撮像装置を構成する。

本発明によれば、小型化に適するとともに排熱の効率が良い撮像装置を提供することができる。

撮像装置の正面図、背面斜視図および下面図 動作状態の斜視図、沈胴状態での中央断面図およびブロック図 冷却手段の拡大図

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。図１は、本発明の実施形態にかかわる装置の正面図、背面斜視図および下面図である。

［実施例１］
以下、図１から図３を参照して、本発明の第１の実施例による撮像装置について説明する。

図２（ａ）は本実施例におけるカメラシステムの動作状態の斜視図、図２（ｂ）は沈胴状態での中央断面図、図２（ｃ）は電気的な構成を示すブロック図である。図２において、１は撮像装置を、２はレンズ鏡筒を、３は撮影光学系を、４は撮影光学系の光軸を、５はカメラシステム制御回路を、６は撮像素子を、７は画像処理部を、８はメモリ手段を、９は撮像装置１に設けられた表示手段を、１０は操作手段を、１０ａは操作手段を構成するレリーズボタンを、１１はレンズ駆動手段を、１３は撮像装置に着脱されるバッテリーを、１４は照明手段を、１５は冷却手段を、１６は熱輸送手段を、２０は撮像装置の外装を、２１は外装のうちユーザーが通常把持するグリップ部を、２２は外装に設けられた吸気口を、それぞれ示す。

図２（ｃ）において、撮像装置１は、撮像系、画像処理系、記録再生系、制御系を有する。撮像系は、撮影光学系３、撮像素子６を含む、画像処理系は、画像処理部７を含む。また、記録再生系は、メモリ手段８、表示手段９を含み、制御系は、カメラシステム制御５、操作手段１０、レンズ駆動手段１３、照明手段１４および冷却手段１５を含む。レンズ駆動手段１１は、焦点レンズ、ブレ補正レンズ、絞りなどを駆動することができる。

撮像系は、物体からの光を、撮影光学系３を介して撮像素子６の撮像面に結像する光学処理系である。撮像素子６から得られた測距信号に基づいて撮影光学系３の状態をレンズ駆動部１３によって変化させることで適当なピント位置を調整する（いわゆるＡＦ動作）。また撮像素子６の信号に基づいて露光状態の設定を行う。（いわゆるＡＥ動作）ここでいう露光状態とは、撮像素子６への露光時間、撮影光学系３の絞り値、撮像素子６の信号の増幅率などのことである。画像処理部７は、内部にＡ／Ｄ変換器、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成することができる。

メモリ手段８は実際の記憶部に加えて記録に必要な処理回路を備えている。メモリ手段８は、記録部へ出力を行うとともに、表示手段９に出力する像を生成、保存する。また、メモリ手段８は、予め定められた方法を用いて画像、動画、音声などの圧縮を行う。また、図２（ｃ）においては、メモリ手段８は概念的に書かれており、外部から挿入される記憶メディアに相当するように見えるが、撮像装置１が備える、揮発／不揮発メモリを含んでいる。

カメラシステム制御回路５は撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。操作手段１０から得られる外部操作信号に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、シャッターレリーズ釦１０ａの押下を操作検出回路１０が検出して、撮像素子６の駆動、画像処理部７の動作、メモリ手段８の圧縮処理などを制御する。さらに表示手段９によって液晶モニタ等に情報表示を行う情報表示装置の表示状態を制御する。

制御系の光学系の調整動作について説明する。カメラシステム制御回路５には画像処理部７が接続されており、撮像素子６からの信号等を元に適切な焦点位置、絞り位置を求める。カメラシステム制御回路５はレンズ駆動手段１３を適切に制御する。撮像装置１のエイミング動作においては、撮像素子６で電子画像を撮影しながら表示手段９での被写体観察を行うこと（いわゆるライブビュー撮影）が可能な構成となっている。

また本発明委の撮像装置は、ファンを含む冷却手段１５を備えており、カメラの状態に応じて適当に冷却手段を動作させていわゆる強制空冷によって排熱を行うことが可能な構成となっている。さらに熱輸送手段１６が、発熱源である撮像素子６と冷却手段１５の吸気部または排気部を連結するように配置されており、撮像素子およびその近傍で発生した熱を効率よく輸送して排熱できる構成となっている。

図２（ｂ）から明らかなように撮像装置１が沈胴状態にあるときには撮像素子６から光軸４方向は厚み方向に部品が非常に小さい隙間で設けられており、撮像装置１全体の厚みを決定する要因となっている。つまり、被写体側から外装（いわゆるバリア）、撮影光学系３、撮像素子６、電気基板、表示手段９と並んでいて隙間が小さい。

この状態で特許文献１に示すように熱輸送手段１６がない状態でファンを動作させると、発熱源である撮像素子６近傍に十分な空気の流れを発生させることができない。これは前述したように隙間が小さいために、空気の流路として見た場合に流路の抵抗が高くほかの経路からの空気の流れが支配的になってしまうためである。そこで本発明では熱輸送手段１６を設けることで小型でありながら排熱の効率を高めるようにした。熱輸送手段１６の具体的な構成としては、ヒートパイプ、グラファイトシート、銅板などが考えられる。輸送すべき熱量と大きさなどを考慮して決定すればよい。

別の方法として、撮像素子６近傍に十分な大きさの流路を設ける方法が考えられる。これを実現するためには流路を大きくする必要がある。結果として撮像装置１の大型化（厚み方向が熱くなる）を招くことになる。本発明では、熱輸送手段１６の恩恵によって大型化を避けることが可能となる。

図１を用いて本発明において小型化／薄型化と高効率化を両立させるための撮像装置１内でのファンの設定方法について説明する。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ撮像装置１の正面図、背面斜視図および下面図である。また図１（ｄ）は撮像装置１の外形、撮像素子６または前記撮影光学系３およびファン１５の回転体を光軸方向から見た図を、図１（ｅ）は撮像装置１の外形、撮像素子６または前記撮影光学系３およびファン１５の回転体を光軸垂直方向から見た図をそれぞれ示している。

図１において図２と同じ機能のものには同じ番号を付した。図１において、１２はファンの流路に設けられたフィンを、１７は通信アンテナ部を、２３は排気口を、２４はバッテリーおよび記憶メディアを挿脱するための蓋を、２５は三脚座を、２６はスピーカー穴を、３０は排気口付近の空気の流れを示す矢印を、３１は吸気口付近の空気の流れを示す矢印を、３２は撮像装置６の長辺方向で光軸を含む平面を投影した線を、３３は撮像装置６の短辺方向で光軸を含む平面を投影した線を、３４はファンの回転体を、３５はファンの回転軸を、３６はレンズ鏡筒２を光軸方向および光軸垂直方向から見たときに占める領域を、３７はファンの回転体を光軸方向および光軸垂直方向から見たときに占める領域を、それぞれ示している。

図１に撮像素子６は、長辺、短辺方向をわかりやすくするために図示した。人間の視覚特性に合わせて撮像素子６は一般的には長方形に作成されており、横長の画像が取れる向きを正位置として撮像装置１が形成される。デジタルカメラの多くの製品はレリーズボタン１０ａが上面に、三脚座２５が下面にあるように形成されている。

この時、製品の上面に配置したほうが都合がよいものとして、レリーズボタン１０ａ、照明手段１４、通信手段１７などがあげられる。それぞれ操作性向上、照明の均一性の向上、通信の繋がりを向上させるためである。

一方で下面に設けられることが多いものとしては、三脚座２５、バッテリー挿脱のための蓋２４などがある。それぞれ撮影画角に三脚などが写りこまないような固定、操作手段や外部Ｉ／Ｆ（ＵＳＢ，ＨＤＭＩ(登録商標)等）を三脚固定時に使用可能とするため（バッテリーは撮影やエイミング中に挿脱する可能性が低いが、操作手段や外部Ｉ／Ｆは撮影やエイミング中に使用する可能性が高いため三脚固定時にふさがれてしまう下面以外の面に配置するため）である。

また背面にはモニタ９および操作手段１０が配置されている。それぞれ、画像の提示状態をよくする、操作性向上、のためである。

撮像装置１は背面側から把持したときに右手でつかむ側にグリップ部２１が設けられている。そのため、図１（ａ）において撮像素子６の光軸は撮像装置１中央よりも右側に設けられており、グリップ部２１の把持領域を確保している。またグリップ部２１を把持したときに操作しやすい位置にレリーズボタン１０ａは図１（ａ）において光軸よりも左側に設けられている。同様に背面の操作手段１０もグリップ部２１を把持したときに操作しやすい位置に設けられている。

バッテリー１３は電池容量を確保するためには一定の大きさが必要である。且つ撮像装置１においてはレンズ鏡筒２が大きな体積を占めている。このレンズ鏡筒と干渉せずに十分な体積を確保するために一般的にはグリップ部２１の内側にバッテリー１３が収められる構成となっている。

ここで撮像装置１に冷却手段としてファンを設けることを考える。ファンには回転体３４が設けられておりこれを回転することで空気の流れを発生させることが可能な装置である。回転体３４の回転軸をファンの回転軸と定義し図１では３５で図示した。ファンの性能を図る仕様である圧力はおおよそファンの回転体３４の直径の２乗に、流量はおおよそ直径の３乗に比例するといわれている。すなわちファンの性能を上げ、音が静かな状態（低い回転数）で十分な性能を得るためには直径を大きくすればよいことが分かる。撮像装置１は近年薄型のものが好まれるので、撮像装置１の厚み方向にファンの回転体３４の直径が制限されるような方向にファンを設けることは得策ではない。

図１（ａ）に示すように、レンズ鏡筒と干渉しないようにしながら撮影光軸４とファンの回転軸３５は平行となるように配置すると都合がよい。さらに薄型化を実現するためには、厚みを制限している光学部材と厚み方向にオーバーラップするように設けるとよい。すなわち、ファンの羽が光軸方向から見たときに重ならないようにするとともに、撮像素子とファンの羽が光軸垂直方向から見たときに重なるようにしながら、光軸とファンの回転軸を平行になるように配置すると都合がよい。

ファン１５の回転体とレンズ鏡筒２の好ましい位置関係について述べる。前述したように撮像装置１を薄型化するためには、ファン１５の回転体とレンズ鏡筒２を厚み方向に重なるように設けると都合が良い。すなわち図１（ｅ）に図示したように、光軸に直交する方向から撮像素子６または前記撮影光学系３とファンの回転体を見たときに、レンズ鏡筒２が占める領域３６とファンの回転体が占める領域３７が光軸方向（撮像装置１の厚み方向）で重なり合うように設けると都合が良い。前記条件を満たしながらファンを配置するためには、撮像装置１を正面から見たときにファン１５の回転体とレンズ鏡筒２を厚み方向に重ならないようにけると都合が良い。

すなわち図１（ｄ）に図示したように、光軸方向からレンズ鏡筒２とファンの回転体を見たときに、レンズ鏡筒２が占める領域３６とファンの回転体が占める領域３７が重なり合わないように設けると都合が良い。

ファンはいわゆる強制空冷によって製品内部で発生した熱を排熱する装置であるが、熱交換がなされた結果排気される空気の温度は高くなっている。この排気された空気がユーザーにあたり続けると、やけどの誘発や不快感を与えることが考えられる。このため前述したグリップ部２１と冷却手段１５は離れて配置されると都合がよい。また排気はユーザーが把持する可能性が低い方向にするとよい。

図１（ａ）の例では製品下方向に排気する例を示し矢印３０で図示した。冷却手段１５および排気口２３は光軸を含み撮像素子短辺方向の平面３３を挟んでグリップ部２１と反対側に設けられると都合がよい。

同様に撮影時にユーザーが把持する部分が近接している可能性が高いレリーズボタン１０ａと冷却手段１５は離れて配置されると都合がよい。つまり、冷却手段１５は光軸を含み撮像素子短辺方向の平面３３を挟んでレリーズボタン１０ａと反対側に設けられると都合がよい。

ファンは製品内部に設けられ前述したように直径を大きくしたいことから、同じく体積を確保したいバッテリー１３と離れて配置されると都合がよい。つまり、冷却手段１５は光軸を含み撮像素子短辺方向の平面３３を挟んでバッテリー１３と反対側に設けられると都合がよい。

ここまでに述べた条件を満たす位置として図１（ａ）の方向から撮像素子１を見たときに右上または右下の位置が考えられる。前述したように照明手段１４は照明の均一性の向上（さらには上からの照明のほうが人の顔がきれいに写る）ために製品の上部に設けたいという要請が強い。そこで、照明手段１４と冷却手段１５は離れて配置されると都合がよい。つまり、冷却手段１５は光軸を含み撮像素子長辺方向の平面３２を挟んで照明手段１４と反対側に設けられると都合がよい。

次にファンの形態を考える。小型のファンで多く用いられる形式として遠心ファンと軸流ファンがある。遠心ファンは風が軸に対して直角に遠心方向に流れるものでありシロッコファンなどとも呼ばれる。軸流ファンは、風が軸に沿って流れ旋回しながら直線的に流れるものでありプロペラファンなどとも呼ばれる。撮像装置１を考えるとユーザー操作の利便性のために表示手段９を背面に大きく設けることが一般的である。この状態では背面方向に排気することが困難である。

前述した後軸とファンの回転軸を平行に保つという条件を守った場合、軸流ファンを用いると装置内で流路を直角に曲げる必要がある。これは大きな流路抵抗になってしまい冷却手段１５の効率を著しく低下させてしまう。一方で、遠心ファンを用いた場合は、撮像装置１の前面から空気を取り込んで製品下面または側面に無理なく排気することができる。このため薄型の撮像装置１においては、遠心ファンを用いるとともに、吸気口２２は光軸と平行であり且つ撮像装置の物体側の面に設けると都合がよい。

図１（ａ）の例ではファンの回転体３４上に設けられたリブにより、回転によって生じた遠心方向の流れによって空気を流す遠心ファンの例を図示した。また、吸気口付近の空気の流れを矢印３１、排気口付近の空気の流れを矢印３０として図示した。

熱輸送手段１６は撮像素子６を含む発熱源と冷却手段の流路に設けられたフィン１２を接続するように設けられている。また熱輸送手段１６とフィン１２は適当な方法で接続される。たとえば熱輸送手段１６がヒートパイプでフィン１２が金属製のフィンの場合はロウ付けによって接続される。

図３を用いて望ましい流路の設定および高効率化のための構成を説明する。図３は冷却手段１５の拡大図である。図３（ａ）は正面図であり、図１（ａ）と同じ方向から見た図である。図３（ｂ）は底面図である。図３において図１および図２と同じものには同じ番号を付した。図３において４０は冷却手段１５が存在する領域と撮影光学系が存在する領域を隔てる隔壁を、４１はパッキンを、それぞれ示している。

特許文献１の例では冷却ファンは撮像装置の内部の空気を装置外部に排出するように設けられ、排出されるべき空気は撮像素子近傍を流れる（これによって冷却する）ように構成されている。この構成では前述したように効率が低いのみならず塵埃に対して弱いという課題がある。すなわち、撮像素子を含む撮影光学系が排熱のための流路内にあるために吸い込んだ外気がこれらの光学素子近傍を通過する。外気には塵埃が含まれており、静電気などによって光学素子表面に付着する可能性がある。

本発明の構成はこれを防ぐために冷却手段の流路と撮像素子６を隔離する構成としている。すなわち図３（ａ）に示すように隔壁４０を設けることで冷却手段１５と撮影光学系が存在する領域で空気の移動ができないように構成した。一方で、熱の移動は促進する必要があるので、パッキン４１を介して熱輸送手段１６が前記の２つの領域にまたがって設けられている。前述したように熱輸送手段１６にはフィン１２が連結されており図３においては排気口２３の近傍で熱交換を促す構成とした。フィン１２は銅板金をプレス加工するなどによって安価に作成することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、小型化に適するとともに排熱の効率が良い撮像装置を提供することができる。

１．撮像装置
２．レンズ鏡筒
３．撮影光学系
９．表示手段
１０．操作手段
１０ａ．レリーズボタン
１２．フィン
１３．バッテリー
１４．照明手段
１５．ファンを含む冷却手段
１６．熱輸送手段
２０．外装
２１．グリップ
２２．吸気口
２３．排気口
３５．ファンの回転軸
４０．隔壁
４１．パッキン

Claims (9)

1. 撮影光学系と
   撮像素子と、
   前記撮影光学系および前記撮像素子を保持するレンズ鏡筒と、
   ファンを含んだ冷却手段と、
   前記ファンの流路内に設けられたフィンと、
   前記フィンと接続され撮像素子を含む電子機器の熱を前記フィン導く熱輸送手段と、
   前記ファンの回転体を光軸方向から見たときに前記レンズ鏡筒と重ならないようにするとともに、前記ファンの回転体を光軸垂直方向から見たときに前記レンズ鏡筒と重なるようにしながら、撮影光学系の光軸とファンの回転軸を平行になるように配置した撮像装置。
2. 前記冷却手段による空気の流路と撮像装置の撮影光学系との間で空気の移動ができないように隔離したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記冷却手段は光軸を含む撮像素子短辺方向の平面を挟んでグリップと反対側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記冷却手段は光軸を含む撮像素子短辺方向の平面を挟んでバッテリーと反対側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記冷却手段は光軸を含む撮像素子短辺方向の平面を挟んでレリーズボタンと反対側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記冷却手段は光軸を含む撮像素子長辺方向の平面を挟んで照明手段と反対側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記冷却手段の排気口は光軸を含む撮像素子短辺方向の平面を挟んでグリップと反対側の下面または側面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記冷却手段に用いるファンは遠心ファンを用いることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記冷却手段の吸気口は光軸と平行であり且つ撮像装置の物体側の面に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。