JP2023070478A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率よく前窓を加熱し、前窓への結露を抑制可能な撮像装置を提供する。【解決手段】 撮像センサと、前記撮像センサを冷却する冷却部と、開口を有し、前記撮像センサと前記冷却手段を収容する収容部と、前記開口を覆うように配置される窓部材と、前記窓部材に接触し、前記窓部材を加熱する加熱部と、前記加熱部を前記収容部に固定する固定部と、を備え、前記固定部は、第一の厚みである第一部分と、前記第一部分より薄い第二の厚みである第二部分を有し、前記加熱部は、前記第二部分に配置されることを特徴とする。【選択図】 図５

Description

本発明は撮像装置の加熱構成に関するものである。

一般的な撮像装置の撮像センサは温度上昇に伴って暗電流が発生し、ノイズが増加することが知られている。暗電流に起因するノイズは、特に夜間の監視目的や暗所における撮影において、撮影画像の品質を低下させる。こうした撮影画像の品質低下を防ぐために、ペルチェ素子などの冷却手段を用いて撮像センサを冷却して撮影を行う撮像装置がある（特許文献１）。

一方で、撮像センサを冷却すると、撮像センサの前側部分に配置された前窓の温度が低下するため、前窓に結露が発生することが知られている。前窓に結露が発生すると撮影画像の品質を損なうことがある。そこで、カメラ本体やペルチェ素子から生じた熱を利用して、前窓にファンで暖かい風を送ることで、前窓の温度が低下して結露が発生することを抑制する技術が知られている。

特開２００７－２７４２８８

しかしながら、上述の従来技術のように、ファンで前窓を温める場合、前窓以外の部品も温めてしまう場合があり、加熱効率がよくないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、効率よく前窓を加熱し、前窓への結露を抑制可能な撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像センサと、前記撮像センサを冷却する冷却部と、開口を有し、前記撮像センサと前記冷却手段を収容する収容部と、前記開口を覆うように配置される窓部材と、前記窓部材に接触し、前記窓部材を加熱する加熱部と、
前記加熱部を前記収容部に固定する固定部と、を備え、前記固定部は、第一の厚みである第一部分と、前記第一部分より薄い第二の厚みである第二部分を有し、前記加熱部は、前記第二部分に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、効率よく前窓を加熱し、前窓ガラスへの結露を抑制可能な撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における撮像装置の外観図 撮像装置の分解図 ペルチェユニットの外観斜視図 ペルチェユニットの上面図 ペルチェユニットの断面図 ペルチェユニットの分解図 ペルチェユニットにおける押さえ部品の外観図 ペルチェユニットにおける押さえ部品の外観図 ペルチェユニットにおけるヒーターＦＰＣの外観図 ペルチェユニットの部分断面図

［第一の実施形態］
以下、図１～１０を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、図１～２を参照して、撮像装置本体の概略構成を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置１の外観図を示す。図２は、撮像装置１の概略構成を表す分解図を示す。撮像装置１は、図２に示すように、マウントユニット１００、ペルチェユニット２００、ダクトユニット３００、基板ユニット４００を備える。さらに、撮像装置１は、リアユニット５００、フレーム６０１、外装パネル６０３、外装カバー６０４を備える。

マウントユニット１００は、交換レンズが取り付けられるユニットであり、一般に知られる交換式レンズ（不図示）を取り付け可能なマウント構造を備えている。また、マウントユニット１００は、金属部材で構成される。ユーザーは、マウントユニット１００に、被写体や撮影環境に合わせて、様々な交換式レンズを着脱交換することができる。なお、交換式レンズ用のマウント構造については公知の技術を用いるものとする。

ペルチェユニット２００は、撮像センサを冷却するための機能を備える。ペルチェユニット２００は、内部にペルチェ素子、撮像センサ及び光学系を備え、マウントユニット１００に取付けられ、固定される。図１に示す光軸に沿って交換式レンズ及びマウントユニット１００に入射した光は撮像センサへと導かれる。撮像センサで受光した光は電子データへと変換され、後述する基板ユニット４００で画像処理される。なお、ペルチェユニット２００内部の構成については後述する。

基板ユニット４００は、少なくとも１つの制御基板と、制御基板を固定する板金のホルダー部品で構成される。ホルダー部品が、フレーム６０１に取付けられ、固定されることで、制御基板をフレーム６０１に固定する。制御基板は、光軸方向に延伸する向きに配置されている。制御基板では、主に前述の撮像センサから送られたデータの画像処理や、外部からの制御信号の処理を行う。

リアユニット５００は、撮像装置１における後側に配置されるユニットである。リアユニット５００は、金属のベース部品と、少なくとも１つ以上のケーブルコネクタやスイッチと、を備える。撮像装置１は、ケーブルコネクタを介して外部機器と接続することで、撮影したデータの閲覧・保存などが可能となる。また、撮像装置１は、ケーブルコネクタを介して接続された外部機器やスイッチを利用して制御される。また、ベース部品は、スイッチやコネクタを支持固定する上で十分な強度を持つようアルミダイカストなどで構成される。

フレーム６０１は、少なくとも１つ以上の略コの字型の板金で構成され、マウントユニット１００とリアユニット５００に取付けられる。これにより、マウントユニット１００、ペルチェユニット２００、リアユニット５００、基板ユニット４００が一体となって固定される。フレーム６０１の材質は、各ユニットを一体に固定して支持する上で十分な強度を持つ、鋼板などとするのが好ましい。

ダクトユニット３００は、ファン（不図示）及び中空のダクトで構成され、ペルチェユニット２００及びフレーム６０１に支持される。ファンによって撮像装置１本体外部の空気がダクト内の中空部へと引き込まれ、再度本体外部へと排出される。ダクト内の経路にペルチェユニット２００の熱が伝わるようにすることで、ペルチェユニット２００の熱を排出することができる。ダクトの材質は、ダクトの中空部の形状を保つうえで十分な強度を持つよう、樹脂または金属で構成することが好ましい。

外装パネル６０３は平板状の板金で構成され、マウントユニット１００及びリアユニット５００に着脱可能に取付られる。また、外装カバー６０４は樹脂や板金で構成され、フレーム６０１に支持される。外装パネル６０３及び外装カバー６０４によってマウントユニット１００とリアユニット５００の間のユニットが覆われ、撮像装置１が完成する。

次に、図３～９を参照してペルチェユニット２００の構成について説明する。図３、４はそれぞれ本実施形態におけるペルチェユニット２００の外観斜視図、外観上面図である。図５は図４の破線Ａで示したペルチェユニット２００の断面を示すＡ－Ａ断面図である。図６ペルチェユニット２００の分解図を示す。図７、８はそれぞれペルチェユニット２００を構成する押さえ部品２３０の上面斜視図、下面斜視図である。図９はペルチェユニット２００を構成するヒーターフレキシブルプリント基板２６０（以下、ヒーターＦＰＣ）の外観斜視図である。図１０はペルチェユニット２００の部分断面図である。

収容部としてのペルチェユニット２００は、略直方体形状をしている。ペルチェユニット２００は、中空で対向する２平面が開いた略直方体であるトップカバー２２０と、トップカバー２２０の蓋である金属製のボトムカバー２１０と、トップカバー２２０の蓋である前窓２７８を備える。また、ペルチェユニット２００は、トップカバー２２０と、ボトムカバー２１０と、前窓２７８とによって、密閉空間となっている。また、ペルチェユニット２００の密閉空間には撮像センサ２５０や撮像センサ２５０を冷却するペルチェ素子２７１が収容されている。また、ペルチェユニット２００の密閉空間には、冷却ブロック２４０、センサラバー２７４、センサーマスク２７５、断熱部材２７３も収容されている。つまり、ベースパッキン２７６およびボトムカバー２１０を除く図６の左側に示す部品とセンサーマスク２７５は、密閉空間内に配置される。

ボトムカバー２１０は、平板部と、平板部から突出した突出部を有する。突出部の略中央には後述するペルチェ素子２７１の放熱面を取り付ける平面である、ペルチェ素子取付部２１１を備える。ボトムカバー２１０は、ペルチェ素子取付部２１１の反対側の面に、放熱フィン２１２を有し、放熱フィン２１２がダクトユニット３００のダクト内に露出する。

これにより、撮像センサ２５０の熱は、ペルチェ素子２７１からボトムカバー２１０、放熱フィン２１２へと伝わり、ダクト内の空気によって外部へ排出される。また、ボトムカバー２１０の側部には接続部挿通孔２８０が形成されている。接続部挿通孔２８０は、ペルチェ素子２７１や撮像センサ２５０の信号線を、ペルチェユニット２００の密閉性を保ったまま外部へと引き出すための挿通孔である。また、信号線とボトムカバー２１０の間隙は、ゴムなどの弾性部材や接着剤で封止される。

また、ボトムカバー２１０の材質は密閉性が高く、熱伝導率の高いアルミ合金などの金属とすることが好ましい。また、ペルチェ素子取付部２１１はペルチェ素子２７１の熱を効率よくボトムカバー２１０に伝えるために、平面度が高く表面粗さの低い面とするとよい。また、ペルチェ素子２７１とボトムカバー２１０の間の熱伝導率を高めるために、熱伝導性のシートやグリスを塗布してもよい。

トップカバー２２０は対向する２平面に開口を持つ略直方体で中空の部品であり、ボトムカバー２１０に取付けられ密閉筐体を形成する。ここでトップカバー２２０の材質は密閉性が高く、熱伝導率の高いアルミ合金などの金属で構成される。

冷却部としてのペルチェ素子２７１は、ボトムカバー２１０上のペルチェ素子取付面にペルチェ素子２７１の放熱面が接触するように配置される。ペルチェ素子２７１に電力を供給するための信号線は接続部挿通孔２８０を通じて制御基板へと接続される。

冷却ブロック２４０はペルチェ素子２７１より一回り大きな中実の略直方体形状の部品である。冷却ブロック２４０は１つの側面がペルチェ素子２７１の冷却面側に接触するように配置された状態で、複数の締結部材２７２によってボトムカバー２１０に締結される。これにより、ペルチェ素子２７１は冷却ブロック２４０とボトムカバー２１０によって挟持されることになる。また、複数の締結部材２７２は、ペルチェ素子２７１周囲に配置されている。

冷却ブロック２４０のペルチェ素子２７１と接触している面との反対側面には、撮像センサ２５０が接触するように取り付られる。これによって、ペルチェ素子２７１の冷却面温度が下がると、冷却ブロック２４０を通じて、撮像センサ２５０の温度を低下させることができる。

冷却ブロック２４０は、撮像センサ２５０の熱をペルチェ素子２７１の冷却面へ効率よく伝えるよう、熱伝導率の高いアルミ合金などで構成される。また、ボトムカバー２１０の熱が締結部材２７２を介して冷却ブロック２４０に伝わることを抑制するため、締結部材２７２は少なくとも一部が樹脂などの断熱材で構成されることが好ましい。より好ましくは、ボトムカバー２１０の熱が密閉空間内部の大気を伝って冷却ブロック２４０へと伝わるのを抑制するために、冷却ブロック２４０の少なくとも一部を覆うように、樹脂やウレタンからなる断熱部材２７３を配備すると良い。

センサラバー２７４は、撮像センサ２５０の周囲に配置することで、ペルチェユニット２００の密閉空間内部の塵埃が撮像センサ２５０の撮像面に付着するのを抑制している。センサラバー２７４は、開口をもち、略矩形状である。

センサーマスク２７５は、不要な入射光や反射光を除去してフレアやゴースト等の発生を抑制するための遮光板である。センサーマスク２７５は、トップカバー２２０に固定される。

ベースパッキン２７６は、ボトムカバー２１０とトップカバー２２０の間に配置される。これにより、ペルチェユニット２００が密閉状態となる。ベースパッキン２７６は、ペルチェユニット２００を密閉状態に保つうえで、十分な密閉性を備えたブチルゴムやフッ素ゴムなどの弾性体で構成される。ボトムカバー２１０とトップカバー２２０の間に、ベースパッキン２７６を圧縮挟持するように取付固定することで、ペルチェユニット２００が密閉状態となる。

次に、トップカバー２２０の外側に配置される部材について説明する。

封止部材としてのガラスパッキン２７７（パッキン２７７）は、トップカバー２２０の開口周囲に設けられた矩形の溝に配置される。ガラスパッキン２７７はゴムなどの弾性体とするのがよい。さらに水分を透過しにくく密閉性の高い、ブチルゴムやフッ素ゴムとするのが好ましい。

窓部材としての矩形の前窓２７８は、ガラスパッキン２７７のトップカバー２２０と反対側面に配置される。また、前窓２７８は、後述する押さえ部品２３０で上から押さえるように、トップカバー２２０に取付けられる。これにより、前窓２７８及びガラスパッキン２７７は、トップカバー２２０と押さえ部品２３０によって圧縮挟持される。前窓２７８はマウント内のレンズを介して入射した光が撮像センサ２５０へと透過するよう、透明なガラスなどの材料で構成される。

次に、固定部としての押さえ部品２３０の詳細について説明する。

図７及び図８に示す、押さえ部品２３０は、矩形に絞り出した中央部２３１と裾状に広がるベース部２３２で構成される。図８に示すように中央部２３１は、第一部分としてのガラス押さえ部２３３と、第二部分としてのヒーター配置部２３４を有する。ガラス押さえ部２３３は、前窓２７８に接触する部分であり、ベース部２３２とほぼ等しい厚みをもっている。

ヒーター配置部２３４は、ヒーターＦＰＣを配置する部分であり、押さえ部品開口２３５を取り囲むように形成され、ガラス押さえ部２３３よりも薄くなるように形成されている。

ガラス押さえ部２３３は、押さえ部品２３０をトップカバー２２０に固定した状態で、前窓２７８をトップカバー２２０側へ圧縮支持する。ヒーター配置部２３４は、ガラス押さえ部２３３の内側に形成されている。言いかえると、撮像センサ２５０の中心を基準として、ガラス押さえ部２３３がヒーター配置部２３４より外側に配置される。

押さえ部品開口２３５は、ヒーター配置部２３４の内側かつ中央部２３１の略中央に形成されている。マウントユニット１００から入射した光は、押さえ部品開口２３５を通じて撮像センサ２５０へ到達する。中央部２３１側面には後述するヒーターＦＰＣ２６０の接続部２６３より一回り大きい切欠き状のヒーターＦＰＣ挿通孔２３６が設けられている。ヒーター配置部２３４に後述するヒーターＦＰＣ２６０を配置して接続部２６３をヒーターＦＰＣ挿通孔２３６から出すことで、押さえ部品２３０とヒーターＦＰＣ２６０を一体に組み立てることができる。押さえ部品２３０の材質は、前窓２７８及びガラスパッキン２７７を挟持する上で十分な強度を持つ金属が好ましい。さらに、後述するヒーターＦＰＣ２６０の熱が前窓２７８に伝わり、押さえ部品２３０側に伝わらないよう、熱伝導率の低いステンレス材などとするのがより好ましい。また、ヒーター配置部２３４には、ヒーター配置部２３４よりヒーターＦＰＣ２６０側（加熱部側）に突出した少なくとも１つのヒーター押さえ突起２３４ａ（突出部）を有することが好ましい。また、突起２３４ａは、フレキシブルプリント基板の発熱体パターン以外の部分と接触するように配置される。さらに、ガラス押さえ部２３３も少なくとも１つの突起を備えてもよい。

ここで、各部品の組立てについて説明する。押さえ部品２３０とヒーターＦＰＣ２６０を一体に組み立てた状態で、押さえ部品２３０のガラス押さえ部２３３がトップカバー２２０上の前窓２７８を押さえるように、トップカバー２２０に取付け固定される。これによって前窓２７８とガラスパッキン２７７は、トップカバー２２０及び押さえ部品２３０で圧縮挟持される。また、ヒーターＦＰＣ２６０の加熱部２６１は、ヒーター配置部２３４及びヒーターＦＰＣ２６０の弾性によって、前窓ガラス２７８に接触した状態で挟持される。

次に、加熱部としてのヒーターＦＰＣ２６０について説明する。

図９に示すヒーターＦＰＣ２６０は、ステンレスの金属箔である発熱体がポリイミドの薄板状のカバー及び薄板状の弾性体で覆われたフレキシブルプリント基板で構成される。ヒーター配置部２３４より一回り小さな矩形の加熱部２６１と、基板に接続してヒーターＦＰＣ２６０に電力を供給するための接続部２６３で構成される。

加熱部２６１中央には、押さえ部品２３０の押さえ部品開口２３５と略一致するヒーターＦＰＣ開口２６２を備え、撮像センサ２５０への光を遮らないようになっている。

以下、ヒーターＦＰＣ２６０の動作とヒーターＦＰＣ２６０によって前窓２７８の結露を抑制する方法について説明する。ヒーターＦＰＣ２６０の接続部２６３を制御基板に接続して電力を供給することで、加熱部２６１が発熱し、加熱部２６１と接触した前窓２７８を温めることができる。また、供給する電力量を調節することで、湿度の高い環境や、外気温と冷却後の撮像センサ２５０の温度差が大きい過酷な環境においても結露を抑制することができる。

以上のように、ヒーターＦＰＣ２６０の加熱部２６１は前窓２７８に直接接触しているため、前窓２７８を直接温めることができる。よって、ファンで温風を送って前窓２７８を加熱する場合とくらべて、周囲の部品を温めにくいため、加熱効率が良い。また、ペルチェ素子２７１へ熱が伝わりにくいので、ペルチェ素子２７１の冷却性能を維持することができる。

特に、ヒーター配置部２３４は、ガラス押さえ部２３３よりも厚みが小さく構成されているため、断面積が小さく、ヒーターＦＰＣ２６０の熱が押さえ部品２３０を介してトップカバー２２０側へ伝わりにくくなっている。より好ましくは、ヒーター押さえ突起２３４ａがあることで、ヒーターＦＰＣ２６０と押さえ部品２３０の接触面積が減少するため、さらにヒーターＦＰＣ２６０の熱が押さえ部品２３０側に伝わりにくくすることができる。さらに、ヒーター押さえ突起２３４ａがヒーターＦＰＣ２６０を押さえる位置は、ヒーターＦＰＣ２６０の導体パターンが無い部分とすることで、押さえ部品２３０へ伝わる熱が減少して、効率よく前窓２７８を加熱することができる。

また、押さえ部品２３０のガラス押さえ部２３３は平坦面でもよいが、より好ましくは、複数の突起で前窓２７８を押圧してもよい。これにより、押さえ部品２３０のガラス押さえ部２３３と前窓との接触面積が減少するため、前窓２７８から押さえ部品２３０に熱が伝わりにくくすることができる。

［第二の実施形態］
以下、本発明の第二の実施形態について説明する。ペルチェユニット２００のヒーターＦＰＣ２６０以外の構成については、第一の実施形態と同一であるため、説明は省略する。

第二の実施形態は、ヒーターＦＰＣ２６０の固定方法が第一の実施形態と異なる。ヒータＦＰＣ２６０は、ヒーター配置部２３４に断熱性の粘着部材で固定される。また、ヒータＦＰＣ２６０は、前窓２７８に熱伝導性の粘着部材で固定される。下記に詳細に説明する。

加熱部２６１の少なくとも１側面には、加熱部２６１と略同形で薄板状の粘着部材を備え、押さえ部品２３０のヒーター配置部２３４、または前窓２７８の少なくともいずれかに貼り付け固定することができる。押さえ部品２３０側の粘着部材は熱伝導率の低い不織布などを基材とする粘着剤とする。これによってヒーターＦＰＣ２６０に電力を供給した際に生じた熱は、押さえ部品２３０側に伝わりにくくなり、前窓２７８へと効率よく伝わるようになる。また、前窓２７８側の粘着部材は熱伝導率の高い、例えばカーボンや金属のフィラーが含まれる粘着剤とする。これによって、ヒーターＦＰＣ２６０に電力を供給した際に生じた熱は、前窓２７８へと効率よく伝わるようになる。

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。

前窓２７８は透明なガラスを材料としたが、ペルチェユニット２００の密閉空間内部に水分が透過しなければ、透明なポリカーボネートなどの樹脂部品でもよい。また、必要であれば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなどの光学特性を持った半透明部材としてもよい。ボトムパッキン、ガラスパッキン２７７はブチルゴムやフッ素ゴムとしたが、ペルチェユニット２００の密閉性が保てれば、シリコーンゴムなど他の弾性体としてもよい。またペルチェユニット２００の密閉性が保てれば、各種パッキンは省略してもよい。

第二の実施形態において、粘着部材は粘着剤としたが、粘着テープなどとしてもよい。押さえ部品２３０側の粘着部材は熱伝導率が十分低ければ、シリコンなどを基材としてもよい。

１ 撮像装置
１００ マウントユニット
２００ ペルチェユニット
２１０ ボトムカバー
２１１ ペルチェ素子取付部
２１２ 放熱フィン
２２０ トップカバー
２３０ 押さえ部品
２３１ 中央部
２３２ ベース部
２３３ ガラス押さえ部
２３４ ヒーター配置部
２３４ａ ヒーター押さえ突起
２３５ 押さえ部品開口
２３６ ヒーターＦＰＣ挿通孔
２４０ 冷却ブロック
２５０ 撮像センサ
２６０ ヒーターＦＰＣ
２６１ 加熱部
２６２ ヒーターＦＰＣ開口
２６３ 接続部
２７１ ペルチェ素子
２７２ 締結部材
２７３ 断熱部材
２７４ センサラバー
２７５ センサーマスク
２７６ ベースパッキン
２７７ ガラスパッキン
２７８ 前窓
２８０ 接続部挿通孔
３００ ダクトユニット
４００ 基板ユニット
５００ リアユニット
６０１ フレーム
６０３ 外装パネル
６０４ 外装カバー

Claims (10)

1. 撮像センサと、
   前記撮像センサを冷却する冷却部と、
   開口を有し、前記撮像センサと前記冷却手段を収容する収容部と、
   前記開口を覆うように配置される窓部材と、
   前記窓部材に接触し、前記窓部材を加熱する加熱部と、
   前記加熱部を前記収容部に固定する固定部と、を備え、
   前記固定部は、第一の厚みである第一部分と、前記第一部分より薄い第二の厚みである第二部分を有し、前記加熱部は、前記第二部分に配置されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記冷却部はペルチェ素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記加熱部はフレキシブルプリント基板であ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. 前記撮像センサの中心を基準として、前記第一部分が前記第二部分より外側に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. 前記第一部分が前記窓部材と接触し、前記第二部分が前記加熱部と接触することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. 前記固定部の前記第二部分は、前記加熱部側に突出する少なくとも１つの突出部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。
7. 前記加熱部はフレキシブルプリント基板であり、
   前記突出部は、前記フレキシブルプリント基板の発熱体パターン以外の部分と接触することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記加熱部が断熱性の粘着部材によって前記固定部に固定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像装置。
9. 前記加熱部が熱伝導性の粘着部材によって前記窓部材に固定されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記収容部が収容される筐体を有し、前記筐体には交換レンズが取り付け可能であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の撮像装置。

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