JP2023070479A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置を大型化することなく、前窓への結露の発生を抑制でき、かつ不要光の映り込みを抑えることが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を有するフレキシブルプリント基板と、反射光が前記撮像センサへ入ることを抑制する遮光部と、を備え、前記フレキシブルプリント基板と前記遮光部が一体に形成されたことを特徴とする撮像装置。【選択図】 図５

Description

本発明は撮像装置の小型化に関するものである。

一般的な撮像装置の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、前窓の撮像センサ側および被写体側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、例えば特許文献１では、撮像センサを密閉空間に収めることで、密閉空間内への水分の侵入を防ぎ、前窓の撮像センサ側における結露を防ぐ技術が開示されている。また、特許文献１では、前窓を二重窓構造にすることで、断熱性能を高め、前窓の被写体側の温度が低下することを抑制し、被写体側の結露も抑制する技術も開示されている。

また、撮像装置の内部には、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し、撮像画像の品質を向上させる目的で、撮像センサ近傍に遮光板が配置されることがある。

特開２００７－２７４２８８

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、前窓が少なくとも２枚必要となる。よって、撮像装置が大型化することが考えられる。また、前窓近傍に上述した遮光板を追加する場合、さらにスペースが必要となり、さらなる撮像装置の大型化を招くことが考えられる。

そこで、本発明の目的は、撮像装置を大型化することなく、前窓への結露の発生を抑制でき、かつ不要光の映り込みを抑えることが可能な撮像装置を提供することである。

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を有するフレキシブルプリント基板と、反射光が前記撮像センサへ入ることを抑制する遮光部と、を備え、前記フレキシブルプリント基板と前記遮光部が一体に形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置を大型化することなく、前窓への結露の発生を抑制でき、かつ不要光の映り込みを抑えることが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前窓付近の断面拡大図

［第一の実施形態］
以下、図１～９を参照して、本発明の実施形態について説明する。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。ホルダー部品は、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。

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、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。

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。

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と、遮光部２６４と、で構成される。

遮光部２６４は、加熱部２６１の撮像センサ２５０を基準とする内径側において、ポリイミドカバー上かつ金属箔の発熱体のない略矩形の領域が黒色塗装された部分（黒色部分）である。さらに遮光部２６４の撮像センサ２５０を基準とする内径側には、押さえ部品２３０の押さえ部品開口２３５より一回り小さいヒーターＦＰＣ開口２６２を備える。これにより、撮像センサ２５０への光を遮らないようになっている。

以下、前窓２７８の結露を抑制する仕組みと、遮光部２６４が不要な光線を遮る仕組みについて説明する。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。

また、マウントユニット１００側から入射した光は、押さえ部品開口２３５、ヒーターフレキ開口２６２、前窓２７８を通過して、撮像センサ２５０へと到達する。このとき、周囲の部品で反射した不要光はヒーターＦＰＣ２６０の遮光部２６４によって吸収・反射されるため、撮像センサ２５０へ到達する恐れが少なくなり、撮影画像の品質を向上することができる。

以下、ヒーターＦＰＣ２６０や遮光部２６４の構成が撮像装置１の小型化につながる理由を説明する。本構成では、前窓２７８への結露除去を、薄板状のヒーターＦＰＣ２６０によって前窓２７８を加熱することで行う。そのため、結露防止を２重窓で行う構成より前窓ガラス２７８の厚み方向の大きさを小さくすることができる。また、撮像センサ２５０へと到達する不要光を遮るための遮光部２６４は、ヒーターＦＰＣ２６０と前窓２７８の厚み方向において、略同一の高さに配置される。そのため、遮光部２６４にあたる部品を、例えばシート部品や樹脂部品で追加する場合よりも、前窓２７８の厚み方向の大きさを小さくすることができる。

また、遮光部２６４はヒーターＦＰＣ２６０全体を覆うように形成してもよいが、不要光を遮ることができれば、その箇所を限定してもよい。例えば、ヒーターＦＰＣ２６０の金属箔である発熱体の無い箇所を塗装することで、金属箔の厚み分、厚み方向のサイズを小さくすることができる。また、遮光部２６４はヒーターＦＰＣ２６０の両面に設ける必要はなく、被写体側のみ設けることで、遮光部２６４の片側の厚み分、サイズを小さくすることができる。また、遮光部２６４を黒色塗装などで形成する場合に、遮光部２６４が片面であれば、塗装の工数を削減することができる。

ヒーターＦＰＣ２６０の厚みを、押さえ部品２３０の薄肉に形成されたヒーター押さえ部２３４におさまるような厚さとすることで、ヒーターフレキ２６０の厚み分、厚み方向のサイズを小さくすることができる。

また、押さえ部品２３０も不要光を吸収して遮るように、黒色に形成するのが好ましい。より好ましくは、図１０に示すように、黒色に形成した押さえ部品２３０と、ヒーターフレキ２６０の遮光部２６４が固定部側から見て重なるような位置関係とするほうがよい。言いかえると、黒色に形成した押さえ部品２３０と、ヒーターフレキ２６０の遮光部２６４が交換レンズの光軸方向から見て重なるような位置関係とするほうがよい。これにより、不要光が撮像センサに到達する恐れを、さらに少なくすることができる。

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。

１ 撮像装置
２００ ペルチェユニット
２１０ ボトムカバー
２１２ 放熱フィン
２２０ トップカバー
２３０ 押さえ部品
２３３ ガラス押さえ部
２３４ ヒーター配置部
２３５ 押さえ部品開口
２３６ ヒーターフレキ挿通孔
２４０ 冷却ブロック
２５０ 撮像センサ
２６０ ヒーターＦＰＣ
２６１ 加熱部
２６２ ヒーターフレキ開口
２６３ 接続部
２６４ 遮光部
２７１ ペルチェ素子
２７４ センサラバー
２７６ ベースパッキン
２７７ ガラスパッキン
２７８ 前窓

Claims (11)

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を有するフレキシブルプリント基板と、
   反射光が前記撮像センサへ入ることを抑制する遮光部と、を備え、
   前記フレキシブルプリント基板と前記遮光部が一体に形成された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. 前記遮光部は前記フレキシブルプリント基板の少なくとも一部を黒色にすることで形成されることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の撮像装置。
4. 前記フレキシブルプリント基板を前記収容部に固定する固定部と、を備え、
   前記固定部の少なくとも一部は、黒色であ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. 前記撮像センサに対する前記固定部側から見て、
   前記固定部の黒色部分と、前記遮光部の黒色部分の少なくとも一部が重なるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記フレキシブルプリント基板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、前記フレキシブルプリント基板は、前記第二部分に配置され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６に記載の撮像装置。
8. 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フレキシブルプリント基板と接触することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
9. 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６乃至８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 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９に記載の撮像装置。
11. 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１０のいずれか一項に記載の撮像装置。

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