JP2023082245A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像素子の可動を阻害せず放熱性能を満足することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置100は、撮像素子115と、該撮像素子を支持する可動部114と、該可動部を光軸方向に直交する方向を含む方向へ移動させる駆動機構113と、を備える撮像素子部106と、送風手段130と、を有し、前記送風手段は、前記撮像素子部の背面側に配置されており、前記送風手段の排気口から排出される風は、前記撮像素子部の背面上を通過する。【選択図】図1
Description
本発明は、熱源から発生する熱の放熱構造を有する撮像装置に関する。
近年、撮像装置の小型化に対する要望に伴い、撮像装置内部の実装部品の小型化及び高密度化が顕著となっている。その一方で、撮像装置の高機能化、特に、動画機能の高性能化の要望は強まる一方であり、撮像装置の発熱量は増大傾向にある。高温環境下における動画撮影時の撮像装置内部の温度上昇は、実装部品の誤作動や性能低下、ひいては撮像装置の故障を引き起こす可能性が高い。
また、近年画質の向上を図るために撮像素子を光軸方向に直交する方向へ移動させてぶれ補正を行う撮像装置が普及している。このようなぶれ補正を行う撮像装置においても、ぶれ補正機構の駆動時や、連写撮影時、動画撮影時に、撮像素子において発生する熱が画質に影響を及ぼすため、十分な放熱性が必要とされる。
そこで、撮像装置の発熱量に対して自然放熱による放熱量が十分でない場合、熱伝導部材を用いた強制空冷による放熱構造が利用されている。
特許文献1には、可動する撮像素子に熱伝導部材を接続することで撮像素子を冷却する光学ユニットが開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された光学ユニットでは、熱伝導部材が可動する撮像素子に物理的に接続しており、撮像素子の動作を阻害してしまうという問題がある。
本発明は、撮像素子の可動を阻害せず放熱性能を満足する撮像装置を提供する。
本発明の一側面としての撮像装置は、撮像素子と、該撮像素子を支持する可動部と、該可動部を光軸方向に直交する方向を含む方向へ移動させる駆動機構と、を備える撮像素子部と、送風手段と、を有し、前記送風手段は、前記撮像素子部の背面側に配置されており、前記送風手段の排気口から排出される風は、前記撮像素子部の背面上を通過することを特徴とする。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、撮像素子の可動を阻害せず放熱性能を満足することが可能な撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。したがって、本発明の範囲は以下の記載に限定されるものではない。特に図示又は記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術又は公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。なお、図面において、同一であるか又は機能的に類似している要素を示すために図面間で同じ参照符号を用いる。
図1は、本実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ100の背面分解斜視図である。図1に示すように、デジタルカメラ100は、マウント部102a、リアカバー101、フロントベース102、トップカバー103、ボトムカバー104、サイドカバー105で構成されている。
デジタルカメラ100の内部には、ぶれ補正機構を有した撮像素子部106、メイン基板107、シャッター108、ファインダー109、シャーシ110が配置される。撮像素子部106は、撮像素子115を支持する可動部114と、可動部114を駆動するための駆動機構である固定部113とで構成されている。
撮像素子部106は光軸OAに対し垂直に配置されており、撮像素子115も光軸OAに対して垂直に配置されている。ここで、「光軸に対して垂直」とは厳密な意味で光軸に対して垂直な場合だけでなく、光軸に対して略垂直な場合も含む意である。以下、単に「垂直」という場合、「略垂直」を含むものと解釈する。
フロントベース102は、例えばマグネシウムダイキャストや樹脂で形成されており、交換レンズを装着可能なマウント部102aを備えている。メイン基板107は、多層基板で構成され、両面に電子部品が実装されている。メイン基板107はフロントベース102と金属製のシャーシ110にビス固定される。メイン基板107には撮像信号などを制御する制御IC107a、外部記録媒体を収納する記録媒体用コネクタ107b、外部機器との接続ケーブルを接続するための外部通信端子107cが実装されている。外部通信端子107cは端子カバー105aで覆われる。
撮像素子部106は、デジタルカメラ100の中でも特に消費電力が大きく発熱量も多い。このため、撮像素子部106は、温度上昇の激しい部材となっている。デジタルカメラ100の撮影可能時間は、各部材の動作保証温度によって制限される。撮影可能時間を極力長く維持するためには、発熱源である撮像素子部106の熱を逃がし、動作保証温度を超えないように対策する必要がある。撮像素子部106はフロントベース102にビス固定されており、撮像素子部106の熱はフロントベース102へと逃がす構成となっている。
放熱ファン130は、撮像素子部106の背面側の周辺に、光軸OAに対し送風方向が垂直になるよう配置されており、発熱源である撮像素子部106の背面上を風が直接通過する。これにより、撮像素子部106が局所的に高温になることを防いでいる(詳細は後述する)。また、本実施形態では、送風手段として放熱ファン130は遠心ファンを用いているが、目的を達成できれば、例えば軸流ファン等を用いても良い。また本実施形態においては、放熱ファン130を、光軸OAに対して送風方向が垂直になるよう配置しているが、放熱ファン130からの気流が撮像素子部106に直接当たればこの限りではなく、光軸OAに対して送風方向が垂直でないように配置しても良い。
また、メイン基板107も発熱源のひとつである。このため、撮像素子部106とメイン基板107の間を風が通るように、放熱ファン130の排気口131が撮像素子部106とメイン基板107の間を向くように放熱ファン130を配置してもよい。これにより、複数の熱源に対して放熱効果をもたらすことも可能である。ただし、可動部114を持つ撮像素子部106は放熱経路が少ないため、放熱ファン130の排気口131はメイン基板107よりも撮像素子部106に近い位置に配置されているほうが、放熱に有利である。
図2および図3を用いて、撮像素子部106の詳細を説明する。図2は撮像素子部106の正面分解斜視図であり、図3は撮像素子部106の背面分解斜視図である。
撮像素子部106は可動部114と駆動機構である固定部113とから構成されている。固定部113は、可動部114を光軸方向に直交する方向へ移動させてぶれ補正を行うことができる。なお、光軸方向に直交する方向を含む方向へ可動部114を移動させても良い。可動部114には、撮像素子115を可動させるためのコイルやホール素子が配置されたコイル部116が設けられている。撮像素子115は、可動部114のセンサーホルダ117に保持されている。駆動機構113側には3つの磁石118が保持されており、可動部114は磁石118により吸着保持される。可動部114と駆動機構113の間には、センサーホルダ117に設けられたボール保持部117aに不図示のボールが入れられている。コイル部116の通電量を変化させることで可動部114を移動させることができる。デジタルカメラ100本体のぶれを打ち消す方向に可動部114を動かすことによってぶれ補正(手振れ補正)をかけることができる。なお、可動部114の駆動に必要なコイル部116や磁石118等は、駆動機構113の一部とみなしている。
撮像素子115は、撮像回路が実装された撮像基板115aに接着されたセンサーチップ(不図示)を有し、撮像基板115a上にワイヤボンディングで電気的に接続されている。撮像素子115とセンサーホルダ117は接着剤で接着固定されている。撮像基板115a上のセンサーチップ貼り付け面の裏面には、撮像回路のコンデンサや抵抗、レギュレータなどの素子115bが実装されている。
撮像素子部106とメイン基板107の電気的な接続はフレキシブル配線板を用いて行われる。撮像信号フレキ111を介して、撮像素子115から出力された撮像信号や撮像素子115の駆動に必要な制御信号がメイン基板107上の制御IC107aへ送信される。撮像電源フレキ112は撮像素子115を駆動するための電源を供給するフレキである。撮像基板115aとそれぞれのフレキとの接続には基板間コネクタが使用されている。
図4および図5はそれぞれ、光軸方向において放熱ファン130と撮像素子部106を背面から見た図と、その模式図である。
ここで、撮像素子部106の可動部114の動きと放熱ファン130の位置関係を説明する。可動部114は光軸OAに対して垂直に移動可能であり、可動部114の移動範囲を図5の範囲114aで示す。また、可動部114が移動した際に可動部114が必ず存在する範囲を範囲114bで示す。この範囲114bは、可動部114が範囲114aのどの位置に移動しても、可動部114が存在する範囲である。
次に、放熱ファン130の配置について説明する。前述してあるように、放熱ファン130の排気口131から排出される風が、撮像素子部106の背面上を通過するように、放熱ファン130は撮像素子部106の背面側に配置されている。具体的には、可動部114が移動した際に可動部114が必ず存在する範囲114b上に風を通過させるために、放熱ファン130は、排気口131の向いている方向が範囲114b内にあるように配置されている。言い換えると、可動部114が移動する際に可動部114がどの位置に移動しても排気口131の向いている方向に撮像素子115が存在するように、放熱ファン130は配置されている。ここで、放熱ファン130の送風方向の概略を131aで示す。送風方向131aが範囲114b内にいることで、撮像素子部106の発熱源である可動部114がどの位置に移動しても、風が可動部114に直接当たるため放熱効果を得ることができる。
また、本実施形態では、放熱のための熱伝導部材が可動部114に物理的に接続していないので、可動部114が可動することによる手振れ補正機能の阻害もなく放熱効果を生むことが可能となっている。
本実施形態においては、たとえば放熱ファン130を風速4.5L/minで動作させている状態である。リットル毎分(L/min)は、体積流量の単位である。放熱ファン130をデジタルカメラ100に内蔵することにより、撮像素子部106の最高到達温度を10℃低下させることが可能である。これにより、熱源の温度上昇を抑え、デジタルカメラ100が発熱により機能停止する制限温度に到達しにくくなっている。
図6は、本実施形態の変形例に係る撮像素子部106と複数の放熱ファン130a、130bの背面図の概略図である。上述の実施形態では一つの放熱ファン130を用いて放熱効果を得ていたが、複数の放熱ファン130a、130bを用いても良い。複数の放熱ファン130a、130bを用いて熱源に対して送風を行うことで、熱源に対する放熱効果をさらに高めることができる。例えば図6に示したように、2つの放熱ファンとしての第1の送風手段130aと第2の送風手段130bを配置する。具体的には、光軸方向から見て第1の送風手段130aの送風方向130a1が可動部114(または撮像素子115)の長辺に対して垂直となるように、第1の送風手段130aを配置する。そして、光軸方向から見て第2の送風手段130bの送風方向130b1が可動部114(または撮像素子115)の短辺に対して垂直となるように、第2の送風手段130bを配置する。これにより、送風方向130a1および送風方向130b1がともに範囲114b内にいることで、撮像素子部106の発熱源である可動部114がどの位置に移動しても、風が可動部114に直接当たるため、より優れた放熱効果を得ることができる。
図7は、本実施形態におけるデジタルカメラ100の構成例を示すブロック図である。
シャッター410は、後述する撮像部411の露光時間を自由に制御できるフォーカルプレーンシャッターである。その制御は後述するシステム制御部420にて行われる。撮像部411は、レンズ501を通過した被写体像(光学像)が結像する撮像面を有し、光電変換によって撮像面の光学像に応じた電気信号(アナログ信号)を出力する撮像デバイスである。撮像部411としては、CCD(Charge Couple Device)やCMOS(Complementary MOS)センサが用いられる。
A/D変換器412は、撮像部411から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するために用いられる信号変換手段である。
画像処理部413は、A/D変換器412からのデジタル信号、または、後述するメモリ制御部422からのデジタル信号に対し所定の画素補間、縮小といったリサイズ処理や色変換処理を行い、画像データを生成する画像演算手段である。画像処理部413により得られた演算結果に基づいて、システム制御部420は絞り位置の制御やレンズ位置の制御を行う。画像処理部413は更に、画像データを用いて演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてTTL方式のAWB(オートホワイトバランス)処理を行う。
システム制御部420は、少なくとも1つのプロセッサーまたは回路からなる制御部であり、デジタルカメラ400全体を制御する。システム制御部420は、後述の不揮発性メモリ423に記録されたプログラムを実行することで、各種処理を実現する。
メモリ421は、撮像部411によって得られA/D変換器412により変換されたデジタル信号や画像処理部413で生成された画像データを一時的に記録する記憶手段である。メモリ421は、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像および音声を格納するのに十分な記憶容量を備えている。
メモリ制御部422は、システム制御部420によって制御されたデータのA/D変換器412、画像処理部413、メモリ421との送受信を制御するメモリ制御手段である。
A/D変換器412から出力されたデジタル信号は、画像処理部413およびメモリ制御部422を介して、あるいは、メモリ制御部422のみを介してメモリ421に直接書き込まれる。
不揮発性メモリ423は、電気的に消去・記録可能な読み出し専用の記憶手段であり、システム制御部420の動作用の定数、プログラム等が記憶される。システムメモリ424は、システム制御部420の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ423から読み出したプログラム等が保存される読み出しと書き込みが可能な記憶手段である。
システムタイマー425は、後述する各種表示部材を消灯するオートパワーオフを実行するまでの時間や、露光時間を計測する計時部である。
オートパワーオフは、撮影者がデジタルカメラ100の操作を行っていないと判断した場合に電池の消耗を防ぐために後述する各種表示部材を消灯する機能を有する。
電源部430は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やNiCd電池やNiMH電池、Li電池等の二次電池、ACアダプター等からなる。
電源制御部431は、デジタルカメラ100を駆動させるための電源となる電源部430を検出する回路、DC-DCコンバータ、電源の供給先を切り替えるスイッチ回路等により構成される。そして、電源制御部431は、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また、電源制御部431は、上述の検出結果及びシステム制御部420の指示に基づいてDC-DCコンバータを制御し、必要な電圧を必要なタイミングで、供給先へ供給する。
通信端子440は、デジタルカメラ100に設けられており、後述するレンズ通信端子506と電気的に接続する。通信端子440が電気的に接続されることで、デジタルカメラ100全体を制御するシステム制御部420が、後述のレンズ500と通信可能となる。
記録媒体I/F441は、後述する記録媒体600とのインターフェースである。
姿勢検知部442は、重力方向に対するデジタルカメラ100の姿勢を検知する。システム制御部420は、姿勢検知部442で検知された姿勢に基づいて、撮像部411で撮影された画像が、デジタルカメラを横に構えて撮影された画像であるか、縦に構えて撮影された画像であるかの向き情報を出力可能である。システム制御部420は、姿勢検知部442で出力された向き情報を画像データに付加することが可能である。姿勢検知部442としては、加速度センサやジャイロセンサなどを用いることができる。姿勢検知部442として、加速度センサとジャイロセンサを用いると、デジタルカメラ100の動き(パン、チルト、持ち上げ、静止しているか否か等)を検知することも可能である。
接眼部443は、デジタルカメラ100に対して、撮影者の眼(物体)700が接近(接眼)する箇所である。
接眼検知部444は、接眼部443に対する眼700の接近(接眼)および離脱(離眼)を検知する、接近または接眼検知センサである。接眼検知部444は、赤外線近接センサの受光部(図示せず)の受光の有無によって、接眼部443への眼700の接眼検知を行う。接眼を検出した後は、システム制御部420は、離眼を検出するまでは接眼状態であるものと判定する。離眼を検出した後は、システム制御部420は、接眼を検出するまでは非接眼状態であるものとする。なお、赤外線近接センサは一例であって、接眼検知部444には、接眼とみなせる眼や物体の接近を検知できるものであれば他のセンサを採用してもよい。
前述のメモリ421は、画像表示用のメモリ(ビデオメモリ)を兼ねている。メモリ421に書き込まれたデジタル信号や画像データは、メモリ制御部422を介して背面表示部450、EVF451により表示される。
背面表示部450は、メモリ制御部422からの信号に応じた表示を行う。EVF451は、接眼検知部444により接眼が検知された場合にメモリ制御部422からの信号に応じた表示を行う。撮像部411で生成されたアナログ信号はA/D変換器412によってデジタル信号に変換され、メモリ421に記録される。メモリ制御部422は、メモリ421に記録されたデジタル信号を背面表示部450またはEVF451に逐次転送する。これにより、リアルタイム表示であるライブビュー撮影表示を行える。
システム制御部420は、前述の接眼検知部444で検知された状態に応じて、背面表示部450とEVF451の表示(表示状態)/非表示(非表示状態)を切り替える。システム制御部420は、非接眼中は背面表示部450を表示状態とし、EVF451を非表示状態とする。また、システム制御部420は、接眼中はEVF451を表示状態とし、背面表示部450を非表示状態とする。
操作部460は、ユーザからの操作を受け付ける入力部としての各種操作部材である。操作部460は、後述する各種操作部材(モード切換えスイッチ461、シャッターボタン462、第1シャッタースイッチ463、第2シャッタースイッチ464、タッチパネル465、電源スイッチ466)を含む。また、操作部460は、システム制御部420に各種の動作指示を入力するための操作手段である。
モード切換えスイッチ461は、システム制御部420の動作モードを静止画撮影モード、動画撮影モード等のいずれかに切り替える。静止画撮影モードに含まれる撮影モードとして、オート撮影モード、オートシーン判別モード、マニュアル撮影モードがある。また、静止画撮影モードに含まれる撮影モードとして、絞り優先モード(Avモード)、シャッター速度優先モード(Tvモード)、プログラムAEモード(Pモード)、がある。同様に、動画撮影モードにも複数の撮影モードが含まれていてもよい。
シャッターボタン462は、撮影者が撮影準備指示および撮影指示を行うためのボタンである。第1シャッタースイッチ463は、デジタルカメラ100に設けられたシャッターボタン462の操作途中、いわゆる半押し(撮影準備指示)でONとなり第1シャッタースイッチ信号SW1を発生する。信号SW1により、AF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理、AWB(オートホワイトバランス)処理等の撮影準備動作を開始する。
第2シャッタースイッチ464は、シャッターボタン462の操作完了、いわゆる全押し(撮影指示)でONとなり、第2シャッタースイッチ信号SW2を発生する。システム制御部420は、信号SW2により、撮像部411からのアナログ信号の読み出し、A/D変換器412や画像処理部413での信号変換処理、メモリ421に一時的に記録された画像データの記録媒体600への書き込み等の撮影処理動作を開始する。
タッチパネル465は、撮影者のタッチもしくはドラック操作を検出するデバイスである。ここでは、タッチパネル465は背面表示部450と一体となっており、背面表示部450の表示部に指で触れることで操作を行うことができる。
電源スイッチ466は、電源のON/OFFを切り替えるスイッチである。電源スイッチ466の切り替え動作により、電源制御部431が電源部430からの電源供給を制御する。
放熱ファン130は、システム制御部420により制御され、デジタルカメラ100内部の熱源を冷却する。
レンズユニット500は、デジタルカメラ100に着脱可能な交換式レンズである。レンズ501は被写体で反射した被写体光から光学的な像(被写体像)を生成するためのレンズ群であり複数枚のレンズで構成されているが、本図においては簡略化のため1枚のレンズを表示させている。
レンズ通信端子506はレンズユニット500がデジタルカメラ100と通信を行う為の通信端子である。レンズユニット500は、前述のようにレンズ通信端子506と通信端子440が電気的に接続されることで、デジタルカメラ100全体を制御するシステム制御部420と通信可能となる。これによりシステム制御部420は、レンズ駆動回路502、レンズシステム制御回路505および絞り駆動回路504と通信して、レンズ501や絞り503の位置制御、レンズ501を変位させた実像のピント状態制御を行うことが可能となる。
記録媒体600は、デジタルカメラ100に対して着脱可能であり、撮影された画像を記録するためのメモリカード等の記録媒体である。例えば、SDカード、FLASH(登録商標)メモリ、ハードディスクなどがあげられる。
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、撮像素子の可動を阻害せず放熱性能を満足することが可能な撮像装置を提供することができる。
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。
100 デジタルカメラ(撮像装置)
106 撮像素子部
115 撮像素子
114 可動部
113 駆動機構
130 放熱ファン(送風手段)
106 撮像素子部
115 撮像素子
114 可動部
113 駆動機構
130 放熱ファン(送風手段)
Claims (11)
- 撮像素子と、該撮像素子を支持する可動部と、該可動部を光軸方向に直交する方向を含む方向へ移動させる駆動機構と、を備える撮像素子部と、
送風手段と、を有し、
前記送風手段は、前記撮像素子部の背面側に配置されており、
前記送風手段の排気口から排出される風は、前記撮像素子部の背面上を通過することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置は、交換レンズが装着可能であって、
前記駆動機構は、前記可動部を前記光軸方向に直交する方向を含む方向へ移動させることでぶれ補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記排気口から排出される風は、前記撮像素子部の背面に直接当た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。
- 前記送風手段は、放熱ファンであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記可動部が移動する際に前記可動部が必ず存在する範囲内に前記排気口の向いている方向があるように、前記送風手段は配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記可動部が移動する際に前記可動部がどの位置に移動しても前記排気口の向いている方向に前記撮像素子が存在するように、前記送風手段は配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子は、光軸に対して略垂直に配置されており、
前記送風手段は、送風方向が前記光軸に対して略垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 電子部品が実装されたメイン基板を更に有し、
前記送風手段は、前記撮像素子部と前記メイン基板との間に配置されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記送風手段の前記排気口は、前記メイン基板よりも前記撮像素子部に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
- 複数の前記送風手段が、前記撮像素子部の背面側に配置されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記送風手段は、第1の送風手段と第2の送風手段を含み、
前記第1の送風手段は、前記光軸方向から見て前記第1の送風手段の送風方向が前記可動部の長辺に対して略垂直となるように配置され、
前記第2の送風手段は、前記光軸方向から見て前記第2の送風手段の送風方向が前記可動部の短辺に対して略垂直となるように配置されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。
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