JP2023090254A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子からの熱を効率的に放熱するとともに、撮像素子に加わる負荷が小さい撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置（１）は、筐体（２）と、撮像素子（５）が実装された第１回路基板（６）と、電気素子（１１ｃ）が実装された第２回路基板（１１）と、撮像素子（５）および筐体（２）に接触する放熱シート（９）と、放熱シート（９）と第２回路基板（１１）との間に配置され、放熱シート（９）および第２回路基板（１１）に接触する柔軟部材（１０）とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関する。

ウェアラブル端末等に搭載されるカメラモジュールでは、装着性向上のため小型化が求められている。また、撮像素子の性能を維持するため、撮像素子の放熱構造が種々提案されている。特許文献１には、撮像素子が実装された第１回路基板と第２回路基板の間に伝熱部材である金属プレートを挟み、金属プレートを筐体の放熱部品に接触させて撮像基板の熱を筐体に放熱する撮像装置が開示されている。特許文献２には、回路基板の放熱のために熱拡散体を変形自在な容器内に充填して、回路基板に倣って変形させて配置し放熱する電子機器が開示されている。

特開２０１７―９８８９１号公報 特開２０２０―１４００３号公報

特許文献１に開示された撮像装置では、撮像基板と制御基板との間に金属プレートを挟持するため、撮像基板に負荷がかかる。撮像基板に負荷がかかると、撮像素子の位置が変動して光学性能が低下する可能性がある。

特許文献２に開示された電子機器では、基板間にパック容器を配置し放熱を行う必要がある。このため、基板間距離のばらつきや実装素子の公差ばらつきにより、パック容器の押圧力が変化し、第一回路基板に負荷がかかる可能性がある。また、パック容器で放熱するため、放熱経路の自由度が低下する。

そこで本発明は、撮像素子からの熱を効率的に放熱するとともに、撮像素子に加わる負荷が小さい撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、筐体と、撮像素子が実装された第１回路基板と、電気素子が実装された第２回路基板と、前記撮像素子および前記筐体に接触する放熱シートと、前記放熱シートと前記第２回路基板との間に配置され、前記放熱シートおよび前記第２回路基板に接触する柔軟部材とを有する。

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、撮像素子からの熱を効率的に放熱するとともに、撮像素子に加わる負荷が小さい撮像装置を提供することができる。

第１の実施形態におけるカメラモジュールの斜視図である。 第１の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。 第１の実施形態におけるカメラモジュールの物体側から見た分解斜視図である。 第１の実施形態におけるカメラモジュールの像側から見た分解斜視図である。 第１の実施形態におけるカメラモジュールの固定部材が無い状態の斜視図である。 第１の実施形態におけるカメラモジュールのカバーおよび固定部材が無い状態の背面図である。 第２の実施形態におけるカメラモジュールの物体側から見た分解斜視図である。 第２の実施形態におけるカメラモジュールの像側から見た分解斜視図である。 第２の実施形態におけるカメラモジュールの断面図である。

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。

＜第１の実施形態＞
まず、図１乃至図６を参照して、本発明の第１の実施形態におけるカメラモジュール（撮像装置）１について説明する。図１は、カメラモジュール１の斜視図である。図２は、カメラモジュール１の断面図である。図３は、カメラモジュール１の物体側から見た分解斜視図である。図４は、カメラモジュール１の撮像素子側（像側）から見た分解斜視図である。図５は、固定部材１５が無い状態の斜視図である。図６は、カバー１３および固定部材１５が無い状態の背面図である。

カメラモジュール１の保持枠（筐体）２は、アルミダイカストなどの熱伝導性の高い金属で構成されており、内径ねじ部２ａ、円形開口部２ｂ、および矩形開口部２ｃを有する。レンズユニット３は、レンズ枠３０とレンズ３１、３２、３３とを有し、保持枠２の円形開口部２ｂに挿入される。レンズ枠３０の外径部には、外径ねじ部３０ａが設けられている。外径ねじ部３０ａと保持枠（筐体）２の内径ねじ部２ａとが螺合することで、レンズユニット３は、保持枠２に対して、光軸ＯＡに沿った方向（光軸方向）における位置を調整可能に保持されている。なお本実施形態では、レンズ枠３０がレンズ３１、３２、３３を保持するように構成されているが、保持枠２がレンズ３１、３２、３３を保持するように構成してもよい。

第１回路基板６は、撮像基板である。第１回路基板６には、撮像素子５、コネクタ６ａ、および電気素子（不図示）が実装されている。第１回路基板６の撮像素子５の実装部には、撮像素子５の裏面（物体側に向けた受光面とは反対側の面）に対応する位置に、矩形に開口した開口部６ｂが形成されている。開口部６ｂは、撮像素子５の裏面を露出するように設けられている。第１回路基板６は、撮像素子５の受光面の中心がレンズユニット３の光軸ＯＡと光軸直交方向において略一致するように位置調整された状態で、センサ板金７にねじ４で固定されている。センサ板金７は、保持枠２の矩形開口部２ｃの内部に設けられた受け部（不図示）に取り付けられ、ねじ８で固定されている。

カメラモジュール１は、レンズユニット３により集光された光線を撮像素子５に結像させることで、所望のシーンを撮像することが可能である。レンズユニット３および撮像素子５の受光面の位置は、構成部品や組立の製造バラツキにより個体ごとに異なる。製造バラツキが焦点深度に対して大きい場合、そのまま組立を行っても、レンズユニット３のピント位置と撮像素子５の受光面の位置との関係が焦点深度の範囲内で一致しない場合が発生する。このような場合、組立時にレンズユニット３のピント位置と撮像素子５の受光面との関係を焦点深度の範囲内で一致するように調整をする必要がある。このため、撮影画像または画像に対する評価値を用いてピント性能を確認しながら、光学的に位置調整を行う（ピント調整）。

具体的には、レンズユニット３の前方（物体側）に評価用のチャートを設置し、撮影したチャート画像から解像度やコントラスト値を確認し、レンズユニット３を、受光面に対して、要求する画質を満足する位置まで光軸方向に移動させることで調整可能である。調整した画質を維持するためには、レンズユニット３と撮像素子５の光軸方向の相対位置が変動しないことが重要である。しかし、撮像素子５または撮像素子５が実装された第１回路基板６に負荷がかかると、撮像素子５の光軸方向の位置が経時で変動し、画質が低下する。このため、撮像素子５または第１回路基板６に加わる光軸方向の負荷を小さくする必要がある。

第２回路基板１１は、制御基板である。第２回路基板１１には、コネクタ１１ａ、１１ｂ、および発熱源である電気素子１１ｃが実装されている。第２回路基板１１のコネクタ１１ａは第１回路基板６のコネクタ６ａに挿入され、第１回路基板６と第２回路基板１１とは電気的に接続された状態で、センサ板金７にねじ１２で固定されている。第２回路基板１１のコネクタ１１ｂには、ケーブル（不図示）が接続される。ケーブルを介して、第２回路基板１１への電源供給および電気信号の送受信が行われる。なお本実施形態では、第１回路基板６と第２回路基板１１とがコネクタ６ａ、１１ａで電気的に接続されるように構成されているが、これに限定されるものではない。コネクタに代えて、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）等を介して電気的に接続されるように構成してもよい。

カバー１３は、第２回路基板１１の背面を覆うように、ねじ１４により保持枠２に固定されている。放熱シート９の片端９ａは、第１回路基板６に形成された開口部６ｂの内側に配置され、撮像素子５の裏面に接触している。放熱シート９の他端９ｂは、保持枠２の矩形開口部２ｃの外側面に接触するように配置されている。放熱シート９は、グラファイトシートなどの熱伝導性の高い部材で構成されており、撮像素子５が放出する熱を保持枠２へ放熱する。

柔軟部材１０は、ディスペンサで形状自在に塗布可能なシリコーンを基材とした熱伝導性を有するゲル部材である。柔軟部材１０は、柔軟な材質であり、外力が加わると容易に移動または変形する、すなわち柔軟部材１０は、周辺領域の３次元形状に倣って変形するように構成されている。また、柔軟部材１０の周囲に柔軟部材１０が移動または変形する十分な領域があれば、柔軟部材１０自体はほぼ圧縮されず、柔軟部材１０を挟持することにより発生する負荷は小さい。

柔軟部材１０は、放熱シート９の片端９ａにおける撮像素子５と接触している面と反対側の面上に塗布される。そして、柔軟部材１０を所定量塗布した状態で第２回路基板１１をセンサ板金７に固定することで、柔軟部材１０は、放熱シート９と第２回路基板１１とに挟持され押圧される。このとき柔軟部材１０は、放熱シート９と第２回路基板１１の表面形状に倣って移動または変形し、柔軟部材１０は放熱シート９および第２回路基板１１に接触する。

また本実施形態において、柔軟部材１０が第２回路基板１１と接触している位置は、第２回路基板１１に実装されている発熱源である電気素子１１ｃの光軸方向における投影と少なくとも一部が重なっている。換言すると、柔軟部材１０と第２回路基板１１との接触位置の少なくとも一部は、電気素子１１ｃの光軸方向における投影位置の少なくとも一部と重なっている。これにより、より効率的に、電気素子１１ｃが放出する熱を、柔軟部材１０および放熱シート９を介して保持枠２へ放熱することができる。

放熱シート９の片端９ａは、柔軟部材１０によって撮像素子５の裏面に対して押圧されており、少ない負荷で放熱シート９と撮像素子５の密着性を向上させることができる。放熱シート９の他端９ｂは、粘着テープ（テープ材）である固定部材１５によって保持枠２に対して固定されるとともに押圧されており、放熱シート９と保持枠２の密着性を向上させることができる。放熱シート９と撮像素子５および保持枠２の密着性を向上させることで、撮像素子５および電気素子１１ｃから保持枠２への放熱性を向上させることができる。このため、撮像素子５が高温になることを防ぎ、撮像素子５の性能を維持することが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、撮像基板と制御基板とを光軸方向に重ねて配置している構成において、撮像素子からの放熱を効率よく行うとともに、撮像素子に加わる負荷が小さい撮像装置を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の第２の実施形態におけるカメラモジュール（撮像装置）１ａについて説明する。図７は、カメラモジュール１ａの断面図である。図８は、カメラモジュール１ａの物体側から見た分解斜視図である。図９は、カメラモジュール１ａの撮像素子側（像側）から見た分解斜視図である。なお本実施形態において、第１の実施形態と共通する構成要素については同符号を付し、それらの説明を省略する。

第１回路基板６は、撮像素子５の受光面の中心がレンズユニット３の光軸ＯＡと光軸直交方向において略一致するように位置調整された状態で、センサ板金７に接着固定されている。なお、本実施形態の第１回路基板６には、第１の実施形態のような開口部６ｂが形成されていない。センサ板金７は、保持枠２の矩形開口部２ｃの内部に設けられた受け部（不図示）に接着固定されている。

放熱シート９の片端９ａは、第１回路基板６の基板面に接触するよう配置されている。放熱シート９の他端９ｂは、保持枠２の矩形開口部２ｃの外側面に接触するように配置されている。放熱シート９は、撮像素子５が放出する熱を、第１回路基板６を介して保持枠２へ放熱する。

柔軟部材１０は、放熱シート９の片端９ａにおける第１回路基板６と接触している面と反対側の面上に塗布され、放熱シート９と第２回路基板１１とに挟持され押圧される。これにより、電気素子１１ｃが放出する熱を、柔軟部材１０および放熱シート９を介して保持枠２へ放熱することができる。

放熱シート９の片端９ａは、柔軟部材１０によって第１回路基板６の基板面に対して押圧されており、少ない負荷で放熱シート９と第１回路基板６の密着性を向上させることができる。放熱シート９と第１回路基板６および保持枠２との密着性を向上させることで、撮像素子５および電気素子１１ｃから保持枠２への放熱性を向上することができる。このため、撮像素子５が高温になることを防ぎ、撮像素子５の性能を維持することが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、撮像基板と制御基板とを光軸方向に重ねて配置している構成において、撮像素子からの放熱を効率よく行うとともに、撮像素子に加わる負荷が小さい撮像装置を実現することができる。

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。

１ カメラモジュール（撮像装置）
２ 保持枠（筐体）
５ 撮像素子
６ 第１回路基板
９ 放熱シート
１０ 柔軟部材
１１ 第２回路基板
１１ｃ 電気素子

Claims (11)

1. 筐体と、
   撮像素子が実装された第１回路基板と、
   電気素子が実装された第２回路基板と、
   前記撮像素子および前記筐体に接触する放熱シートと、
   前記放熱シートと前記第２回路基板との間に配置され、前記放熱シートおよび前記第２回路基板に接触する柔軟部材と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 筐体と、
   撮像素子が実装された第１回路基板と、
   電気素子が実装された第２回路基板と、
   前記第１回路基板および前記筐体に接触する放熱シートと、
   前記放熱シートと前記第２回路基板との間に配置され、前記放熱シートおよび前記第２回路基板に接触する柔軟部材と、を有することを特徴とする撮像装置。
3. 前記放熱シートは、前記撮像素子の裏面および前記筐体に接触し、
   前記第１回路基板には、前記撮像素子の前記裏面を露出させる開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記柔軟部材は、ゲル部材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. 前記柔軟部材は、熱伝導性を有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. 前記電気素子は、発熱源であ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. 前記柔軟部材と前記第２回路基板との接触位置の少なくとも一部は、前記電気素子の光軸方向における投影位置の少なくとも一部と重なっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記放熱シートは、グラファイトシートであ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. 前記放熱シートは、前記筐体の外側面に接触してい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. 前記放熱シートを前記筐体に固定する固定部材を更に有す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。
11. 前記固定部材は、テープ材であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
    

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