JP2023179215A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】撮像センサが発生する熱も、画像処理を行うプロセッサが発生する熱も、適切に排熱することができるカメラモジュールを提供する。【解決手段】順に連結される第１筐体、放熱ブロック、第２筐体を備えるカメラモジュールであって、第１筐体は、撮像センサを支持し、第２筐体は、撮像センサが出力した撮像信号を処理する処理基板を支持し、放熱ブロックは、第１筐体に対向する第１面と第２筐体に対向する第２面の間に、第１面と第２面を接続する側面に開口が設けられた開口空間を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、カメラモジュールに関する。

デジタルカメラにおいて撮像センサの発熱は、画質の低下を招く要因となる。そこで、冷却ファンや空気循環路をカメラ内に設けて、撮像センサ周りの排熱を効率よく行う技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９－７１７２２号公報

例えば工場のラインを監視するカメラモジュールは、高速かつ長時間に亘る繰返しの撮像処理が要求されるなど、コンシューマ向けのデジタルカメラよりも過酷な利用態様が想定される。高速かつ長時間に亘って繰り返し撮像信号を出力し続ければ、撮像センサは高温になり、ノイズの発生が増大する。また、このような撮像信号を画像データへ処理するプロセッサも高温になり、画像処理のエラーを引き起こす場合もある。画像中に発生するノイズや画像そのものの欠落は、画像解析等の妨げにもなり得るので、ラインを監視する等の用途においては許容されるものではない。すなわち、物体認識などの画像センサとして用いられるようなカメラモジュールには、より高い排熱性能が求められる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、撮像センサが発生する熱も、画像処理を行うプロセッサが発生する熱も、適切に排熱することができるカメラモジュールを提供するものである。

本発明の一態様におけるカメラモジュールは、順に連結される第１筐体、放熱ブロック、第２筐体を備えるカメラモジュールであって、第１筐体は、撮像センサを支持し、第２筐体は、撮像センサが出力した撮像信号を処理する処理基板を支持し、放熱ブロックは、第１筐体に対向する第１面と第２筐体に対向する第２面の間に、第１面と第２面を接続する側面に開口が設けられた開口空間を有する。

このように、撮像センサを支持する筐体と処理基板を支持する筐体を分離し、その間にそれぞれの筐体から伝達される熱の往来を妨げる開口空間が設けられた放熱ブロックを挟み込むことにより、高い排熱性能を得ることができる。

また、上記のカメラモジュールにおいて、第１筐体は、レンズモジュールを支持し、第１筐体、放熱ブロック、第２筐体は、レンズモジュールの光軸方向に沿って順に連結され、開口空間は、光軸方向に直交する直交方向へ放熱ブロックを貫通するように設けられた貫通空間を含むように構成してもよい。各要素のこのような配列によれば、より効果的な排熱を実現することができる。

このとき、開口空間は、貫通空間と連通し、貫通空間の一端となる第１開口が設けられた第１側面および他端となる第２開口が設けられた第２側面のいずれとも異なる第３側面に設けられた第３開口を一端とする分岐空間を含むように構成してもよい。このような分岐空間も設ければ、カメラモジュールが設置対象にどのように固定／設置されても、排熱のための空気流を形成することができる。

また、上記のカメラモジュールにおいて、放熱ブロックは、撮像センサと処理基板を接続する接続基板を挿通するための、第１面と第２面を接続する貫通孔を有するように構成してもよい。貫通孔を介して撮像センサと処理基板を接続すれば、放熱ブロックを第１筐体および第２筐体と同程度の大きさにすることができ、排熱効率をより高めることができる。

また、上記のカメラモジュールにおいて、第１筐体、放熱ブロック、第２筐体は、一軸方向へ沿って直線的に連結され、第１筐体および第２筐体の少なくともいずれかは、一軸方向に並行な側面に設置対象へ固定するための固定部を備え、放熱ブロックは、一軸方向に直交する投影面へ投影したときの外形が、第１筐体を投影したときの外形および第２筐体を投影したときの外形のいずれにも包含されるように構成してもよい。このように構成すれば、カメラモジュールが設置対象にどのように固定／設置されても、放熱ブロックと設置対象との間に間隙を生じさせることができるので、排熱効率をより高めることができる。

本発明により、撮像センサが発生する熱も、画像処理を行うプロセッサが発生する熱も、適切に排熱することができるカメラモジュールを提供することができる。

本実施形態に係るカメラモジュールの全体斜視図である。 本実施形態に係るカメラモジュールの分解斜視図である。 第１筐体を背面側から観察した斜視図である。 放熱ブロックを光軸に直交する平面で切断した断面図である。 第１筐体と放熱ブロックの外形の関係を示す図である。 変形例に係るカメラモジュールを模式的に表す分解斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。また、各図において、同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るカメラモジュール１０の全体斜視図である。カメラモジュール１０は、主に、第１筐体１００、第２筐体２００、放熱ブロック３００によって構成されている。第１筐体１００、第２筐体２００、放熱ブロック３００は、それぞれが略直方体の外形を有し、第１筐体１００と第２筐体２００の間に放熱ブロック３００を挟み込んで互いに連結した場合にも、全体としておよそ直方体の外形を成す。第１筐体１００、第２筐体２００、放熱ブロック３００の素材としては、例えば、放熱性の高いアルミニウム合金が採用され得る。なお、第１筐体１００と第２筐体２００が放熱ブロック３００を挟み込んで互いに連結された場合に、第１筐体１００に対して放熱ブロック３００と反対側を正面側、第２筐体２００に対して放熱ブロック３００と反対側を背面側と称する。

第１筐体１００は、正面側の一面に、レンズマウント１１０、放熱フィン１３０、正面固定部１５０を備える。また、第１筐体１００は、後述する撮像基板を介して撮像センサ１２０を支持する。レンズマウント１１０は、レンズモジュールを着脱可能に装着するための装着座であり、円筒形状を成す。レンズモジュールがレンズマウント１１０に装着されると、レンズモジュールのレンズ群で集光された被写体像は、レンズマウント１１０の円筒内部を通過して、撮像センサ１２０の受光面に結像する。

放熱フィン１３０は、撮像基板を介して撮像センサ１２０と熱的に結合されており、撮像センサ１２０で発生した熱を空気中へ拡散する機能を担う。放熱フィン１３０は、それぞれが正面側の一面において立設されており、これにより正面側に広い放熱面を確保している。また、それぞれの放熱フィン１３０は、レンズマウント１１０の円筒外周とは接続しておらず、レンズマウント１１０の円筒外周部には、これを取り囲む円環状の外周空間が形成されている。より具体的には、放熱フィン１３０は、主に、正面側の一面の一辺から外周空間を経由し当該一辺に対向する他辺へ向かって流れる空気流の経路が形成されるように設けられている。このような放熱フィン１３０の配置により、撮像センサ１２０からレンズマウント１１０に伝達する熱を効率的に取り除くことができるので、レンズモジュールへ伝達する熱を抑制することができる。

第１筐体１００の側面のそれぞれには、カメラモジュール１０を設置対象へ固定するための側面固定部１４０と補助固定部１４１が設けられている。補助固定部１４１は、それぞれの側面において側面固定部１４０の両脇に設けられている。側面固定部１４０および補助固定部１４１は、例えば雌ねじである。また、第１筐体１００の正面側の一面には、四隅のそれぞれに同様の、カメラモジュール１０を設置対象へ固定するための正面固定部１５０が設けられている。側面固定部１４０と正面固定部１５０は、設置対象の構造とカメラモジュール１０の設置姿勢に応じて、選択的に利用される。また、第２筐体２００の側面のそれぞれにも、側面固定部２４０が設けられており、側面固定部１４０と選択的に利用され得る。特に、側面固定部１４０を用いる場合には、補助固定部１４１を併せて用いることができる。第１筐体１００の側面と第２筐体２００の側面は、後述するように同一平面に沿うように形成されているので、１つの側面固定部１４０と２つの補助固定部１４１を用いれば、カメラモジュール１０を設置対象へより安定して固定することができる。

図２は、カメラモジュール１０の分解斜視図である。図示するように、第１筐体１００、放熱ブロック３００、第２筐体２００は、レンズマウント１１０にレンズモジュール２０が装着された状態におけるレンズモジュール２０の光軸Ｃの方向に沿って順に連結され連結される。具体的には、光軸Ｃと平行に挿入される連結ボルト４１０によって互いに連結される。

第２筐体２００は、画像処理プロセッサ２２０が実装された処理基板２１０を支持している。画像処理プロセッサ２２０は、撮像信号を画像データへ処理する処理チップであり、高速で多量な信号を処理し続けることにより、やはり高温に到達する。動作保証温度以上になると処理にエラーが発生したり、保護回路が作動して温度が低下するまで処理を中断したりする。したがって、画像処理プロセッサ２２０の温度上昇を抑制して、正常に動作させ続けることが重要となる。

放熱ブロック３００は、上述のように全体的には略直方体の形状を成し、第１筐体１００に対向する第１対向面３０１、第２筐体２００に対向する第２対向面３０２、４つの側面のうちの１つである第１側面３０３、第１側面３０３と平行な第２側面３０４、第１側面と第２側面を接続する１つである第３側面３０５、第３側面と平行な第４側面３０６を有する。

第１対向面３０１には、第１筐体１００方向へ突出した受熱ブロック３１０が設けられている。受熱ブロック３１０は、撮像センサ１２０のうち受光面とは反対の裏面側と直接的あるいは熱伝達部材を介して接触し、撮像センサ１２０からの熱を奪って第１対向面３０１へ拡散させる機能を担う。撮像センサ１２０の裏面側との接触については、後に詳述する。

第２対向面３０２と第２筐体２００に支持された処理基板２１０の間には、例えば伝熱シート材が挟み込まれる。これにより、画像処理プロセッサ２２０およびその他の素子で発生した熱は、第２対向面３０２へ効率的に伝達される。

放熱ブロック３００は、第１対向面３０１と第２対向面３０２の間に、開口空間３３０を有する。開口空間３３０は、具体的には後述するが、第１側面３０３と第２側面と第３側面３０５に開口を有する空間である。このような開口空間３３０を設けることにより、第１対向面３０１が第１筐体１００から受け入れる熱を、第２対向面３０２を介して第２筐体２００へ伝達させることを妨げつつ、より効率的に空気中へ放出させることができる。また、第２対向面３０２が第２筐体２００から受け入れる熱を、第１対向面３０１を介して第１筐体１００へ伝達させることを妨げつつ、より効率的に空気中へ放出させることができる。すなわち、第１対向面３０１が第１筐体１００から受け入れた熱も、第２対向面３０２が第２筐体２００から受け入れた熱も、多くが開口空間３３０を形成する内壁面から空気中へ放出される。換言すれば、開口空間３３０から効率的に排熱することにより、撮像センサ１２０の温度上昇も、処理基板２１０に実装された画像処理プロセッサ２２０の温度上昇も抑制することができる。

受熱ブロック３１０の下側には、第１対向面３０１と第２対向面３０２を接続する貫通孔３２０が設けられている。貫通孔３２０は、第１筐体１００に支持された撮像センサ１２０と第２筐体２００に支持された処理基板２１０を接続する接続基板を挿通するために用いられる。接続基板を挿通するための貫通孔３２０を開口空間３３０と別個に設けることにより、外部からの接触から接続基板を保護できる。また、放熱ブロック３００を第１筐体１００および第２筐体２００と同程度の大きさにすることができ、排熱効率をより高めることができる。

図３は、第１筐体１００を背面側から観察した斜視図である。図示するように、第１筐体１００に支持された撮像基板１６０には、接続基板としての接続フレキ４２０と、電力供給線などを含む接続ケーブル４３０が接続されている。これらは、上述の貫通孔３２０に挿通されて、第２筐体２００に支持された処理基板２１０に接続される。

撮像センサ１２０は、受光面がレンズマウント１１０の開口に向かうように撮像基板１６０に実装されている。本実施形態においては光電変換部が発生する熱を吸収するペルチェ素子を内蔵する撮像センサ１２０を採用しており、ペルチェ素子の放熱面１２１は、放熱ブロック３００の第１対向面３０１へ向けて配置されている。具体的には、図示するように、撮像基板１６０は、放熱面１２１に対応する領域に開口部１６１を有し、放熱面１２１は、撮像基板１６０が介在することなく第１対向面３０１に設けられた受熱ブロック３１０と対向する。放熱面１２１と受熱ブロック３１０の接触は、直接的であってもよいし、伝熱シート材等を介在させてもよい。このように構成することにより、撮像センサ１２０で発生した熱をより効率的に第１対向面３０１へ伝達させることができる。なお、撮像センサ１２０は、ペルチェ素子を内蔵するものでなくてもよく、発熱部分が受熱ブロック３１０と直接的に、または熱伝達部材を介して接触するように撮像基板１６０に実装されるとよい。

図４は、放熱ブロック３００をレンズモジュール２０の光軸Ｃに直交する平面で切断した断面図である。本実施形態において開口空間３３０は、貫通空間３３１と分岐空間３３２を含む。貫通空間３３１は、第１側面３０３に設けられた第１開口３３１ａと第２側面３０４に設けられた第２開口３３１ｂを接続する空間であり、光軸Ｃ方向に直交する方向へ放熱ブロック３００を貫通するように設けられた空間である。このような貫通空間３３１を設けることにより、放熱ブロック３００を横断する空気流の発生を促し、そのような空気流が貫通空間３３１の内壁面から熱を除去することが期待できる。

放熱ブロック３００は、例えばアルミブロックからの削り出しにより成形される。そのような場合には、放熱ブロック３００は中実のブロックとなり、第１筐体１００および第２筐体２００から受け入れる熱を空気中に放出されるまで一時的に蓄積する蓄熱バッファとしての機能も期待できる。また、他の製造方法により放熱ブロック３００が形成される場合であっても、開口空間３３０の内壁面は、側面から連続する放熱ブロック３００の外面として形成される。すなわち、開口空間３３０の内壁面も、放熱ブロック３００を取り囲む周辺空間と直接的に接する放熱ブロック３００の外面である。具体的には、貫通空間３３１の内壁面は、第１開口３３１ａと第２開口３３１ｂを介してそれぞれ第１側面３０３、第２側面３０４と連続しており、分岐空間３３２の内壁面は、第３開口３３２ａを介して第３側面３０５と連続している。したがって、周辺空間と内部空間を接続する貫通孔を筐体に設けて筐体内部の排熱を図る場合と異なり、周辺空間の空気流等によって内壁面からの効率的な排熱が期待できる。

分岐空間３３２は、第３側面３０５に設けられた第３開口３３２ａと貫通空間３３１を接続する空間であり、貫通空間３３１から枝分かれした空間である。このような分岐空間を更に設けることにより、カメラモジュール１０が設置対象に固定されて第１開口３３１ａまたは第２開口３３１ｂの一方の開口が実質的に塞がれてしまう場合でも、他方の開口と第３開口３３２ａの間で空気流の発生が期待できる。すなわち、そのような空気流が貫通空間３３１から分岐空間３３２にかけての内壁面から熱を除去することが期待できる。

図５は、第１筐体１００と放熱ブロック３００の外形の関係を示す図である。具体的には、光軸Ｃに直交する投影面へ第１筐体１００と放熱ブロック３００を投影した場合の外形を、設置台８０と共に模式的に表す図である。ここでは、放熱ブロック３００の４側面のうち、第４側面３０６が設置台８０に対向するようにカメラモジュール１０が設置台８０に固定された場合について説明する。

図示するように、第１筐体１００、放熱ブロック３００、第２筐体２００が互いに連結されたカメラモジュール１０において、放熱ブロック３００を投影面に投影した外形は第１筐体１００を投影面に投影した外形に包含される関係にある。すなわち、第１筐体１００が設置台８０に側面固定部１４０を介して固定ボルト９０によって固定されると、放熱ブロック３００の第４側面３０６は、設置台８０の表面とは接触せず、当該表面との間に間隙が生じる。

このように設置台８０の表面と放熱ブロック３００との間に間隙を生じさせることにより、空気流の発生が期待でき、そのような空気流が放熱ブロック３００の側面から熱を奪うことが期待できる。なお、本実施形態においては、第２筐体２００も第１筐体１００と同様の外形を有するので、放熱ブロック３００を投影面に投影した外形は第２筐体２００を投影面に投影した外形に包含される関係にある。第１筐体１００と第２筐体２００の外形が互いにこのような関係にあれば、設置対象の設置面にカメラモジュール１０を安定的に固定することができる。

図６は、変形例に係るカメラモジュール１０’を模式的に表す分解斜視図である。上述のカメラモジュール１０は互いに連結した場合に全体として略直方体の形状を成したが、カメラモジュール１０’は、互いに連結した場合に全体として略円筒状の形状を成す。したがって、第１筐体１００’、第２筐体２００’、放熱ブロック３００’も、それぞれが略円筒状の外形を成す。

放熱ブロック３００’は、接続基板を挿通するための貫通孔３２０’を有する。また、開口空間３３０’は、光軸Ｃ方向に直交する方向へ放熱ブロック３００’を貫通するように設けられている。このような構成のカメラモジュール１０’であっても、撮像センサが発生する熱も、画像処理を行うプロセッサが発生する熱も、適切に排熱することができる。

以上説明した本実施形態においては、レンズマウントへ着脱可能な交換式のレンズモジュールを想定したが、第１筐体１００に固定された固定式のレンズモジュールを採用しても構わない。また、放熱フィンを立設する箇所は、第１筐体の正面側の一面に限らず、他の面に設けても構わない。特に、開口空間３３０の内壁面に放熱フィンを設けてもよい。

［付記］
順に連結される第１筐体（１００、１００’）、放熱ブロック（３００、３００’）、第２筐体（２００、２００’）を備えるカメラモジュール（１０、１０’）であって、
前記第１筐体は、撮像センサ（１２０）を支持し、
前記第２筐体は、前記撮像センサが出力した撮像信号を処理する処理基板（２１０）を支持し、
前記放熱ブロックは、前記第１筐体に対向する第１面（３０１）と前記第２筐体に対向する第２面（３０２）の間に、前記第１面と前記第２面を接続する側面（３０３、３０４、３０５）に開口（３３１ａ、３３１ｂ、３３２ａ）が設けられた開口空間（３３０）を有する、カメラモジュール（１０、１０’）。

１０、１０’…カメラモジュール、２０…レンズモジュール、８０…設置台、９０…固定ボルト、１００、１００’…第１筐体、１１０…レンズマウント、１２０…撮像センサ、１２１…放熱面、１３０…放熱フィン、１４０…側面固定部、１４１…補助固定部、１５０…正面固定部、１６０…撮像基板、１６１…開口部、２００、２００’…第２筐体、２１０…処理基板、２２０…画像処理プロセッサ、２４０…側面固定部、３００、３００’…放熱ブロック、３０１…第１対向面、３０２…第２対向面、３０３…第１側面、３０４…第２側面、３０５…第３側面、３０６…第４側面、３１０…受熱ブロック、３２０、３２０’…貫通孔、３３０、３３０’…開口空間、３３１…貫通空間、３３１ａ…第１開口、３３１ｂ…第２開口、３３２ａ…第３開口、３３２…分岐空間、４１０…連結ボルト、４２０…接続フレキ、４３０…接続ケーブル

Claims (7)

1. 順に連結される第１筐体、放熱ブロック、第２筐体を備えるカメラモジュールであって、
   前記第１筐体は、撮像センサを支持し、
   前記第２筐体は、前記撮像センサが出力した撮像信号を処理する処理基板を支持し、
   前記放熱ブロックは、前記第１筐体に対向する第１面と前記第２筐体に対向する第２面の間に、前記第１面と前記第２面を接続する側面に開口が設けられた開口空間を有する、カメラモジュール。
2. 前記放熱ブロックは、中実のブロックである、請求項１に記載のカメラモジュール。
3. 前記開口空間の内壁面は、前記側面から連続する前記放熱ブロックの外面として形成される請求項１に記載のカメラモジュール。
4. 前記第１筐体は、レンズモジュールを支持し、
   前記第１筐体、前記放熱ブロック、前記第２筐体は、前記レンズモジュールの光軸方向に沿って順に連結され、
   前記開口空間は、前記光軸方向に直交する直交方向へ前記放熱ブロックを貫通するように設けられた貫通空間を含む、請求項１に記載のカメラモジュール。
5. 前記開口空間は、前記貫通空間と連通し、前記貫通空間の一端となる第１開口が設けられた第１側面および他端となる第２開口が設けられた第２側面のいずれとも異なる第３側面に設けられた第３開口を一端とする分岐空間を含む、請求項３に記載のカメラモジュール。
6. 前記放熱ブロックは、前記撮像センサと前記処理基板を接続する接続基板を挿通するための、前記第１面と前記第２面を接続する貫通孔を有する、請求項１に記載のカメラモジュール。
7. 前記第１筐体、前記放熱ブロック、前記第２筐体は、一軸方向へ沿って直線的に連結され、
   前記第１筐体および前記第２筐体の少なくともいずれかは、前記一軸方向に並行な側面に設置対象へ固定するための固定部を備え、
   前記放熱ブロックは、前記一軸方向に直交する投影面へ投影したときの外形が、前記第１筐体を投影したときの外形および前記第２筐体を投影したときの外形のいずれにも包含される、請求項１から６のいずれか１項に記載のカメラモジュール。
   

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