JP2023135739A - 光学ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の発熱源で発生する熱と外部からの光による光学特性の悪化を抑制することができる光学ユニットを提供する。【解決手段】撮像装置１は、発熱源としてのＬＥＤ１０が実装される第１の実装部６１と、ＬＥＤ１０からの熱を避けるべき撮像素子１２が実装される第２の実装部６２とを含む回路基板４と、内部に回路基板４を収容する収容空間Ｓが形成されるハウジング２と、ハウジング２の収容空間Ｓに収容される回路基板４を覆うカバー部材３とを備える。カバー部材３は、ハウジング２よりも熱伝導率の高い材料から構成される。回路基板４の第１の実装部６１と第２の実装部６２とは、ＬＥＤ１０と撮像素子１２との間で空間的に離間する。カバー部材３は、回路基板４の第１の実装部６１と熱的に接触するように構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、光学ユニット及び撮像装置に係り、特に撮像素子を含む撮像装置に関するものである。

一般に、撮像装置などを構成する光学ユニットは発熱源となる電子部品を含んでおり、この発熱源からの熱が他の電子部品の動作に悪影響を与えることがあるため、発熱源で発生した熱を効率的に外部に放出することが求められる。このため、電子部品を覆う金属製のカバーを回路基板に取り付けるとともに、電子部品とカバーとの間に配置された放熱部材を介して電子部品で発生した熱をカバーに伝達して外部に放出することも考えられている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような構造は、電子部品で発生した熱を外部に放出するために回路基板以外にカバー及び放熱部材を必要としているため、熱による光学特性の悪化を抑制するためのコストが高くなる傾向がある。

特開２０２１－１１１７１８号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、内部の発熱源で発生する熱による光学特性の悪化を安価な構成により抑制することができる光学ユニット及び撮像装置を提供することを目的とする。

以上述べたように、本発明の第１の態様によれば、内部の発熱源で発生する熱による光学特性の悪化を安価な構成により抑制することができる光学ユニットが提供される。この光学ユニットは、少なくとも１つの光学部品を含む。上記光学ユニットは、発熱源としての第１の電子部品が実装される第１の実装部と、上記発熱源からの熱を避けるべき第２の電子部品が実装される第２の実装部とを含む回路基板と、内部に上記回路基板を収容する収容空間が形成されるハウジングとを備える。上記回路基板の上記第１の実装部の少なくとも一部と上記第２の実装部の少なくとも一部とは、上記第１の電子部品と上記第２の電子部品とを最短距離で結ぶ経路上で空間的に離間している。

本発明の第２の態様によれば、上述した光学ユニットにより構成される撮像装置が提供される。

図１は、本発明の一実施形態における光学ユニットとしての撮像装置を示す前方斜視図である。 図２は、図１に示す撮像装置の前方分解斜視図である。 図３は、図１に示す撮像装置の後方分解斜視図である。 図４は、図２に示す撮像装置における回路基板の正面図である。 図５は、図４に示す回路基板の変形例を示す正面図である。

以下、本発明に係る光学ユニットとしての撮像装置の実施形態について図１から図５を参照して詳細に説明する。図１から図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図５においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。

図１は、本発明の一実施形態における光学ユニットとしての撮像装置１を示す斜視図、図２は撮像装置１の前方分解斜視図、図３は後方分解斜視図である。図１から図３に示すように、この撮像装置１は、直方体状のハウジング２と、ハウジング２の後方に取り付けられるカバー部材３と、矩形板状の回路基板４とを含んでいる。本実施形態における撮像装置１は、例えば、自動車の運転者の状態（注意力の低下や居眠りの兆候など）をモニタリングするドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）において用いられる撮像装置であるものとして説明するが、本発明に係る撮像装置は他の用途にも用いることが可能であることは言うまでもない。なお、本実施形態では、便宜的に、図１における＋Ｚ方向を「前」又は「前方」といい、－Ｚ方向を「後」又は「後方」ということとする。

回路基板４の前面には、例えば近赤外光を出射する光源として２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）１０と、撮像素子１２と、２つのコネクタ１４とが実装されている。この回路基板４は、ハウジング２の内部の収容空間Ｓに収容される。回路基板４には、ネジ５１が挿通される挿通孔４１が形成されており、この挿通孔４１にネジ５１を挿通してこのネジ５１をハウジング２に形成されたネジ固定部２１に螺合させることにより回路基板４がハウジング２に固定される。

また、回路基板４の前面には、内部に少なくとも１つのレンズを保持するレンズ鏡筒１６が取り付けられている。回路基板４には、ネジ５２が挿通される挿通孔４２が形成されており、この挿通孔４２にネジ５２を挿通してこのネジ５２をレンズ鏡筒１６に形成されたネジ孔１６Ａに螺合させることによりレンズ鏡筒１６が回路基板４に固定される。

ハウジング２は、レンズ鏡筒１６の前端を取り囲む筒部２２と、２つのＬＥＤ１０のそれぞれの光軸を取り囲むように形成された湾曲反射面を有するリフレクタ２３とを有している。筒部２２の前部には矩形状の窓２４が形成されている。また、ハウジング２の前面には矩形状の凹部２５が形成されており、この凹部２５に両面テープ５によって矩形板状のカバープレート６が取り付けられている。

カバープレート６は、ＬＥＤ１０から発される光を透過する材料から形成される。本実施形態では、ＬＥＤ１０から近赤外光を出射し、撮像素子１２では近赤外光の画像を取得するため、撮像素子１２で得られる画像に対する可視光の影響を低減するためにカバープレート６として可視光波長域の光をカットする可視光カットフィルタを用いることができる。

コネクタ１４には相手方コネクタ（図示せず）を接続できるようになっている。コネクタ１４は、ＬＥＤ１０及び撮像素子１２を含む回路基板４上の電子部品に接続される端子を有しており、コネクタ１４と相手方コネクタが接続されることで、撮像素子１２で得られた信号が外部に出力され、また、外部からＬＥＤ１０に制御信号が入力されるようになっている。このような構成により、ＬＥＤ１０から光を出射して撮影対象物を照明しつつ、この光により照明された撮影対象物を撮像素子１２によって撮像することができる。

カバー部材３は、ハウジング２の収容空間Ｓに収容された回路基板４を覆うようにハウジング２の後部に取り付けられている。このカバー部材３は、ハウジング２よりも熱伝導率の高い材料から形成されており、さらに導電性を有することが好ましい。例えば、カバー部材３は、銅やアルミニウム、ニッケルなどの金属から形成される。

カバー部材３は、回路基板４に対向する矩形の板状部３１と、ハウジング２の収容空間に収容された回路基板４を囲むように板状部３１の周縁部から前方（＋Ｚ方向）に向かって延びる側片３２とを含んでいる。板状部３１には、ネジ５３が挿通される挿通孔３３が形成されており、この挿通孔３３にネジ５３を挿通してこのネジ５３をハウジング２に形成されたネジ固定部２６に螺合させることによりカバー部材３がハウジング２に固定されている。

また、カバー部材３のＹ方向に沿って延びる側片３２は、Ｘ方向に弾性変形可能な複数の係合片３４を有しており、それぞれの係合片３４には矩形状の係合孔３５が形成されている。ハウジング２には、これらの係合孔３５に対応して複数の係合爪２７が形成されており、この係合爪２７をカバー部材３の係合片３４の係合孔３５に係合させることで、カバー部材３を簡単にハウジング２に取り付けることができる。

図４は、回路基板４の正面図である。図４に示すように、回路基板４は、ＬＥＤ１０が実装される第１の実装部６１と、撮像素子１２が実装される第２の実装部６２と、コネクタ１４が実装される第３の実装部６３とを含んでいる。この撮像装置１においては、特にＬＥＤ１０が発熱源となり得る。例えば、ＬＥＤ１０で発生した熱が撮像素子１２に伝わって撮像素子１２がジャンクション温度を超えると、撮像素子１２が正しく動作しなくなる。このため、ＬＥＤ１０からの熱が撮像素子１２に伝わることをなるべく避ける必要がある。

このような観点から、本実施形態では、第１の実装部６１に実装されるＬＥＤ１０と第２の実装部６２に実装される撮像素子１２との間にＹ方向に延びる遮熱溝６０を形成し、第１の実装部６１と第２の実装部６２とを空間的に離間させている。これにより、ＬＥＤ１０と撮像素子１２との間には、熱伝導率の低い空気が存在する遮熱溝６０が介在することとなる。したがって、ＬＥＤ１０で発生した熱が撮像素子１２に伝わりにくくなり、ＬＥＤ１０で発生した熱によって撮像素子１２の光学特性が悪化することを回路基板２０だけで抑制することができる。このような遮熱溝６０は、ＬＥＤ１０と撮像素子１２とを最短距離で結ぶ経路上に少なくとも存在していればよく、後述するように様々な形状に変更することが可能である。

図３に示すように、回路基板４の第１の実装部６１の後面（ＬＥＤ１０の後方）には、銅箔などによるパターン部１７Ａが形成されており、このパターン部１７Ａには、弾性変形可能なバネ部材１８Ａ（弾性接続部）が例えば半田などにより取り付けられている。同様に、回路基板４の第３の実装部６３の後面にも、回路基板４に実装されている電気部品及びコネクタ１４のグランド部と電気的に接続されるパターン部１７Ｂが形成されており、このパターン部１７Ｂには、弾性変形可能なバネ部材１８Ｂが例えば半田などにより取り付けられている。これらのパターン部１７Ａ，１７Ｂは、回路基板４の表面に実装されているＬＥＤ１０のグランド部やコネクタ１４のグランド部と電気的に接続されている。バネ部材１８Ａ，１８Ｂは、カバー部材３と同様に、熱伝導率が高く、導電性を有する材料（例えば銅やアルミニウム、ニッケルなどの金属）で形成されていることが好ましい。

このバネ部材１８Ａ，１８Ｂは、それぞれ略Ｓ字状に湾曲した断面を有しており、Ｚ方向に弾性変形可能となっている。このバネ部材１８Ａ，１８Ｂがカバー部材３の板状部３１に弾性的に接触することで、カバー部材３が回路基板４に熱的に接触するようになっている。特に、カバー部材３は、回路基板４のＬＥＤ１０が実装された第１の実装部６１とバネ部材１８Ａを介して熱的に接続されることとなるため、発熱源としてのＬＥＤ１０で発生した熱は、上述した遮熱溝６０によって第２の実装部６２に伝わりにくくなる一方で、バネ部材１８Ａを介してカバー部材３に伝達することとなる。このように、本実施形態によれば、ＬＥＤ１０で発生した熱は、第２の実装部６２の撮像素子１２に伝わるよりもカバー部材３に伝わりやすくなり、ＬＥＤ１０で発生した熱をカバー部材３から効果的に外部に放出することができる。

また、本実施形態によれば、カバー部材３がハウジング２の収容空間Ｓに収容される回路基板４を後方から覆っているため、外部からの光がハウジング２の収容空間Ｓに入射することを抑制することができる。したがって、外部からの光が撮像装置１の光学特性に悪影響を与えることを防止することができる。このように、本実施形態によれば、発熱源としてのＬＥＤ１０で発生する熱と外部からの光による撮像装置１の光学特性の悪化を抑制することができる。

ここで、上述したバネ部材１８Ａ，１８Ｂがカバー部材３の板状部３１に弾性的に接触することで、回路基板４のグランド部とカバー部材３の板状部３１とが互いに電気的に接続される。これにより、バネ部材１８Ａ，１８Ｂ及びカバー部材３を回路基板４のグランド部と等電位にすることができ、バネ部材１８Ａ，１８Ｂ及びカバー部材３に電磁シールド効果が生じる。この結果、ハウジング２内部の収容空間Ｓに収容されている回路基板４上の撮像素子１２及びＬＥＤ１０やその他の電子部品を電磁ノイズから効果的に保護することができる。本実施形態では、カバー部材３は、板状部３１の周縁部から回路基板４に向かって（＋Ｚ方向に）延びる側片３２を有しているため、これらの側片３２で囲まれた領域についても電磁ノイズから保護することができる。

また、本実施形態では、弾性変形可能なバネ部材１８Ａ，１８Ｂにより回路基板４とカバー部材３の板状部３１との間を接続しているため、製造誤差により回路基板４とカバー部材３の板状部３１との間の距離が多少変化しても、バネ部材１８Ａ，１８Ｂが弾性変形することで、回路基板４とカバー部材３の板状部３１との間をより確実に接続することができる。

図４に示す例では、細い遮熱溝６０がＹ方向に延びているが、この遮熱溝６０の幅や形状は図示のものに限定されるものではない。上述したように、遮熱溝６０は、ＬＥＤ１０と撮像素子１２とを最短距離で結ぶ経路上に少なくとも存在していればよい。例えば遮熱溝６０は直線的なものでなくてもよく、円弧状に曲がっていてもよい。また、例えば、図５に示すように、ＬＥＤ１０の三方を囲むように遮熱溝６０を形成すれば、ＬＥＤ１０から撮像素子１２に熱が伝達することをより効果的に抑制することができる。

本実施形態では、回路基板４上にＬＥＤ１０と撮像素子１２とが実装された撮像装置１を例として述べたが、本発明は、撮像装置に限らず、発熱源を含む少なくとも１つの電子部品とこの発熱源からの熱を避けるべき少なくとも１つの電子部品とを有するものであれば任意の光学ユニットに適用できるものである。また、上述したＬＥＤ１０だけではなく、電源制御部やシリアライザなども発熱源となり得る。

以上述べたように、本発明の第１の態様によれば、内部の発熱源で発生する熱による光学特性の悪化を安価な構成により抑制することができる光学ユニットが提供される。この光学ユニットは、少なくとも１つの光学部品を含む。上記光学ユニットは、発熱源としての第１の電子部品が実装される第１の実装部と、上記発熱源からの熱を避けるべき第２の電子部品が実装される第２の実装部とを含む回路基板と、内部に上記回路基板を収容する収容空間が形成されるハウジングとを備える。上記回路基板の上記第１の実装部の少なくとも一部と上記第２の実装部の少なくとも一部とは、上記第１の電子部品と上記第２の電子部品とを最短距離で結ぶ経路上で空間的に離間している。

このような構成によれば、回路基板の第１の実装部と第２の実装部とが第１の電子部品と第２の電子部品とを最短距離で結ぶ経路上で空間的に離間しているため、第１の実装部に実装された第１の電子部品（発熱源）と第２の実装部に実装された第２の電子部品（発熱源からの熱を避けるべき電子部品）との間に熱伝導率の低い空気が介在することとなる。このため、第１の電子部品で発生した熱が第２の電子部品に伝わりにくくなる。したがって、発熱源としての第１の電子部品で発生する熱と外部からの光による光学ユニットの光学特性の悪化を安価な構成により抑制することができる。

上記光学ユニットは、上記ハウジングの上記収容空間に収容される上記回路基板を覆うカバー部材をさらに備えていることが好ましい。また、上記カバー部材は、上記ハウジングよりも熱伝導率の高い材料から構成され、上記回路基板の少なくとも上記第１の実装部と熱的に接触するように構成されることが好ましい。このような構成によれば、カバー部材が、第１の電子部品が実装された第１の実装部と熱的に接触しているため、第１の電子部品で発生した熱は、第２の電子部品に伝わるよりもカバー部材に伝わりやすくなり、第１の電子部品で発生した熱をカバー部材から効果的に外部に放出することができる。また、カバー部材がハウジングの収容空間に収容される回路基板を覆っているため、外部からの光がハウジングの収容空間に入射することを抑制することができる。したがって、外部からの光が光学ユニットの光学特性に悪影響を与えることを防止することができる。

上記カバー部材は、導電性の材料により形成され、上記回路基板のグランド部に電気的に接続するように構成されることが好ましい。この場合には、カバー部材が回路基板のグランド部と等電位となるため、ハウジング内部の収容空間に収容されている回路基板上の電子部品を電磁ノイズから効果的に保護することができる。

上記カバー部材は、上記回路基板に対向する板状部と、上記回路基板を囲むように上記板状部の周縁部から上記ハウジングに向かって延びる側片を含んでいることが好ましい。この場合には、側片で囲まれた領域についても電磁ノイズから保護することができ、電磁ノイズから保護される領域を拡大することができる。

上記ハウジングは、側部から突出する係合爪を有していてもよい。また、上記カバー部材の上記側片には、上記ハウジングの上記係合爪に係合可能な係合孔が形成されていてもよい。この場合には、係合爪をカバー部材の側片の係合孔に係合させることで、カバー部材を簡単にハウジングに取り付けることができる。

上記光学ユニットは、上記回路基板と上記カバー部材との間を熱的に接続する弾性変形可能な弾性接続部をさらに備えていてもよい。このような弾性接続部を用いることで、製造誤差により回路基板のカバー部材の板状部との間の距離が多少変化しても、弾性接続部が弾性変形することで、回路基板とカバー部材の板状部との間をより確実に接続することができる。

上記第１の電子部品は、発光ダイオード、電源制御部、及びシリアライザのうち少なくとも１つを含み、上記第２の電子部品は、撮像素子を含んでいてもよい。

本発明の第２の態様によれば、上述した光学ユニットにより構成される撮像装置が提供される。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ 撮像装置
２ ハウジング
３ カバー部材
４ 回路基板
６ カバープレート
１０ ＬＥＤ（第１の電子部品）
１２ 撮像素子（第２の電子部品）
１４ コネクタ
１６ レンズ鏡筒
１７Ａ，１７Ｂ パターン部
１８Ａ，１８Ｂ バネ部材（弾性接続部）
２２ 筒部
２３ リフレクタ
２７ 係合爪
３１ 板状部
３２ 側片
３４ 係合片
３５ 係合孔
６０ 遮熱溝
６１ 第１の実装部
６２ 第２の実装部
６３ 第３の実装部
Ｓ 収容空間

Claims (9)

1. 少なくとも１つの光学部品を含む光学ユニットであって、
   発熱源としての第１の電子部品が実装される第１の実装部と、前記発熱源からの熱を避けるべき第２の電子部品が実装される第２の実装部とを含む回路基板と、
   内部に前記回路基板を収容する収容空間が形成されるハウジングと
   を備え、
   前記回路基板の前記第１の実装部の少なくとも一部と前記第２の実装部の少なくとも一部とは、前記第１の電子部品と前記第２の電子部品とを最短距離で結ぶ経路上で空間的に離間している、
   光学ユニット。
2. 前記ハウジングの前記収容空間に収容される前記回路基板を覆うカバー部材をさらに備え、
   前記カバー部材は、前記ハウジングよりも熱伝導率の高い材料から構成され、前記回路基板の少なくとも前記第１の実装部と熱的に接触するように構成される、
   請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記カバー部材は、導電性の材料により形成され、前記回路基板のグランド部に電気的に接続するように構成される、請求項２に記載の光学ユニット。
4. 前記カバー部材は、
   前記回路基板に対向する板状部と、
   前記回路基板を囲むように前記板状部の周縁部から前記ハウジングに向かって延びる側片を含む、
   請求項３に記載の光学ユニット。
5. 前記ハウジングは、側部から突出する係合爪を有し、
   前記カバー部材の前記側片には、前記ハウジングの前記係合爪に係合可能な係合孔が形成される、
   請求項４に記載の光学ユニット。
6. 前記回路基板と前記カバー部材との間を熱的に接続する弾性変形可能な弾性接続部をさらに備える、請求項２から５のいずれか一項に記載の光学ユニット。
7. 前記第１の電子部品は、発光ダイオード、電源制御部、及びシリアライザのうち少なくとも１つを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学ユニット。
8. 前記第２の電子部品は、撮像素子を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学ユニット。
9. 請求項８に記載の光学ユニットにより構成される撮像装置。

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