JP4343614B2 - デジタルカメラ - Google Patents

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Description

本発明はCCD等の撮像素子を備えるデジタルカメラに関し、特に撮像素子の発熱による画質劣化を防止したデジタルカメラに関するものである。
デジタルカメラの撮像素子としてCCDが利用されているが、通常この種のCCDはCCDパッケージとして提供されており、このCCDパッケージをカメラボディ内に組み付ける構成が取られている。CCDパッケージはパッケージベースにCCDチップが接着剤やろう材等によりマウントされるとともに、パッケージベースに設けられた外部リードにCCDチップが電気接続されている。また、パッケージベースの前面には保護ガラスが取着され、CCDチップをパッケージベース内に封止している。そして、このCCDパッケージをカメラボディに固定支持する際には、カメラボディに固定したとき撮像素子の取付位置の基準となる基準板の取付面である前面にCCDパッケージのパッケージベースの背面を接着剤で密着状態に接着しており、このように構成されたCCDパッケージを、デジタルカメラのカメラボディの背面側において撮像光学系による被写体の結像位置に組み付け、特にCCDチップの受光面(撮像面)が撮影光学系で結像される被写体像の結像面、通常では撮影光学系の焦点位置において光軸に対して垂直に向けられた状態で組み付けている。
このように撮像素子としてCCDを用いたデジタルカメラでは、CCDチップを連続して駆動させると、駆動用電流によってCCDチップが発熱して温度上昇する。この温度上昇によってCCDチップでの暗電流が増加し、画像のノイズが増加する原因となる。そのためCCDチップで発生した熱を速やかに放熱させるための構成が要求されており、従来のデシタルカメラのCCDブロックでは、CCDブロックの基準板をカメラボディに対して直接接触する状態で固定支持させ、CCDチップで発生した熱をパッケージベースから基準板にまで伝導させ、この基準板から放熱させる構成がとられている。例えば、特許文献1では、カメラボディに対してCCDパッケージを搭載したCCDブロックの基準板を当接させて固定ネジにより固定する技術が提案されている。
特開2003−69886号公報
このような放熱を考慮した構造では、CCDパッケージから伝導されてくる熱を基準板に伝導させているが、基準板がアルミニウムのような熱伝導率の高い材料で小型に形成されていると、伝導されてきた熱が速やかに基準板の全体にまで伝導されて基準板が短時間で熱平衡に達してしまい、以後のCCDの放熱効果が低減してしまう。特に、基準板の厚さが薄い場合には変形が生じ易く、この変形によってCCDの撮像面の位置が変動し、焦点ずれの原因となる。一方、熱容量を高めるとともに熱変形し難いように基準板を厚く形成し、あるいは補強リブを設けて機械的強度を高めることが行われているが、これではカメラの光軸方向の寸法が大きくなり、カメラの小型化の障害になる。
本発明の目的は、撮像素子で発生した熱を速やかに放熱して撮像特性を向上する一方でカメラの小型化を実現可能にしたデジタルカメラを提供するものである。
本発明は、カメラボディに固定したときに撮像素子の取付位置の基準となる基準板に撮像素子を内装した撮像素子パッケージを搭載した撮像素子ブロックを備えて撮像素子ブロックをカメラボディに固定支持したデジタルカメラにおいて、カメラボディはアルミニウムや樹脂よりも強度があり、かつこれら材料よりも比熱の小さい材料で構成され、基準板はアルミニウムや樹脂よりも強度がある鉄系材料のステンレス鋼で構成されるとともにその表面の全面にアルミニウムよりも熱伝導率の高い銅メッキ膜からなる表面膜を有し、撮像素子パッケージで発生した熱を表面膜を介してカメラボディに伝導させるように構成したことを特徴とする。
本発明によれば、撮像素子で発生した熱を基準板の表面の全面の熱伝導率の高い銅メッキ膜からなる表面膜を通してカメラボディに伝導し、比熱の小さいカメラボディに生じる熱勾配によって撮像素子の放熱効果を継続することが可能となり、撮像素子の放熱効果を高めることが可能になる。また、基準板は強度の高い鉄系材料のステンレス鋼で形成することで外力による変形が防止でき、基準板を薄く形成してカメラの小型化を図る上で有利になる。
本発明では、カメラボディを鉄系材料、銅又は黄銅等の銅系材料で形成する。また、カメラボディには基準板を固定支持する面に銅メッキ膜が形成されていることが好ましい。カメラボディには基準板を固定支持するための支持ボスが設けられており、この支持ボスを銅系材料で構成する。撮像素子パッケージは熱伝導率の高い接着剤で基準板に接着されることが好ましい。
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明を適用したデジタルカメラの一部を破断した背面斜視図である。一眼レフカメラとして構成されているデジタルカメラはカメラボディ1の前面に撮影レンズ2が交換可能に装着される。また、カメラボディ1の上カバー3にはLCD表示部4、シャッタ釦5、各種スイッチ6が配設されている。また、一部を破断した背面カバー7には図には表れないLCDモニタ及び各種スイッチが配設されている。前記背面カバー7の内側、すなわちカメラボディ1の内部には大型撮像素子を備える撮像素子ブロック10が取り付けられている。ここでは撮像素子としてCCDを用いているので、以降はCCDブロックとして説明する。前記CCDブロック10はカメラボディ1内に設けられた図には表れないミラーボックスの背面側の位置において、前記撮影レンズ2によって撮影される被写体像が結像される焦点面に前記CCDの撮像面が配置されるように前記カメラボディ1の内部構造体であるメインフレーム8に組み付けられている。
図2は図1のデジタルカメラの要部のみを抽出した部分分解斜視図、図3は図1のA−A線に沿う断面図である。図2において、前記メインフレーム8の前面側にはシャッターユニット9が配設され、このシャッターユニット9を内装している図外のミラーボックスの前側位置には前記撮影レンズ2を装着するための円環状をした図外のレンズマウントが配設され、前記カメラボディ1の前面に固定支持されている。前記メインフレーム8は従来のカメラで用いられていたアルミニウム(アルミダイカスト)やガラス繊維強化樹脂よりも強度があり、かつこれら材料よりも比熱の小さい鉄系材料、ここではステンレス鋼の板材を加工して形成されており、その一部には前記ミラーボックスに通じる矩形の開口窓81が開口され、前記撮影レンズ2で結像される被写体の光線はこの開口窓81を通して前記CCDブロック10の撮像面に焦点が結ばれるようになっている。そして、この開口窓81に臨む位置において前記メインフレーム8に前記CCDブロック10が組み付けられている。
前記メインフレーム8の背面には鉄系材料よりも熱伝導率の高い銅や黄銅等の銅系材料からなる円柱状をした3つの支持ボス82が前記開口窓81の周囲に配置され、かしめによりメインフレーム8に一体化されている。これらの支持ボス82はその先端面に基準板100が当接され、前記CCDブロック10を固定するための固定ビス84が螺合可能とされている。また、前記メインフレーム8の背面には細い円柱状をした2つの位置決めピン83が前記開口窓81の一側の上下位置に配置され、かしめによりメインフレーム8に一体化されている。これらの位置決めピン83は後述するようにCCDブロック10に設けられた位置決め穴102に嵌合して当該CCDブロック10をメインフレーム8に対して位置決めするために利用される。また、これらの位置決めピン83の材料は特に特定されるものではないが、後述する熱伝導に際して位置決めピン83を介して熱をメインフレーム8に伝導することも考えられるので、前記支持ボス82と同様に銅系材料で構成されることが好ましい。
前記CCDブロック10は、図4に前面方向から見た斜視図を、図5はその部分分解斜視図をそれぞれ示すように、保持枠120を別体として備える基準板100にCCDパッケージ110を接着により搭載した構成とされている。CCDパッケージ110はメーカにおいてパッケージ化されているものであり、図3を参照すると、セラミックスや樹脂等からなる矩形板状のパッケージベース111の表面に設けられたマウント凹部112内にCCDチップ113が接着剤や低融点金属ろう材等(図示せず)によってマウントされている。また、前記CCDチップ113の電極はパッケージベース111にデュアルインライン配置された複数本の外部リード115に内部配線手段によって電気接続されており、また当該CCDチップ113はパッケージベース111の前面に接着された保護ガラス116によって封止されている。
一方、前記基準板100はアルミニウムやガラス繊維強化樹脂よりも強度の高い鉄系材料、ここではステンレス鋼板を加工して形成しており、その表面にアルミニウムよりも熱伝導率の高い銅や黄銅等の銅系材料の表面膜104を形成している。ここでは、ステンレス鋼板の全面に形成した銅メッキ膜によって前記表面膜104を形成している。前記基準板100には前記CCDパッケージ110の外部リード115が挿通可能な2本の挿通溝101が開口されており、前記CCDパッケージ110はこれら挿通溝101に外部リード115を挿通した状態でその背面が基準板100の取付面である前面に接着剤117によって接着されている。この実施例では、接着剤117に瞬間接着剤を用いている。もちろん、接着剤117として硬化までに多少の時間がかかる接着剤を用いてもよい。前記基準板100の前記CCDパッケージ110が接着される以外の領域には、前記メインフレーム8に設けられた2つの位置決めピン83に対応する位置に2つの位置決め穴102が、また前記3つの支持ボス82に対応する位置に3つの固定穴103がそれぞれ開口されている。
因みに、アルミニウムの比熱は 0.880(J/g・K)、ステンレス鋼の比熱は 0.435(J/g・K)である。また、アルミニウムの熱伝導率は 236(W/m・K)、ステンレス鋼の熱伝導率は83.5(W/m・K)、銅の熱伝導率は 403(W/m・K)である。さらに、アルミニウムの強度(引張強度)は 166〜 566(MPa)、樹脂の強度(引張強度)は40〜 200(MPa)、ステンレス鋼の強度(引張強度)は 618〜1059(MPa)である。
このように構成された前記基準板100の前面に前記保持枠120が取着されている。この保持枠120は周辺部の4箇所においてビス122により前記基準板100に固定されている。なお、図では1つのビス122のみを図示している。この保持枠120は弾性のある金属板を矩形の枠状に加工したものであり、その四辺の各部に一体に曲げ形成した押圧片121によって前記CCDパッケージ110の周辺部を保持している。また、この実施例では、前記CCDパッケージ110の保護ガラス116の前面には矩形枠状の防塵パッキン130が配置され、この防塵パッキン130上に保護ガラス116とほぼ同じ寸法をした矩形板状のローパスフィルタ(LPF)140が配設されており、前記保持枠120の押圧片121が有する弾性力によって前記ローパスフィルタ140を防塵パッキン130を介して保護ガラス116の前面に押圧し、かつこの弾性力によってローパスフィルタ140、防塵パッキン130を基準板100に押圧保持している。
以上のCCDブロック10を組み立てる手順は、まず、基準板100にCCDパッケージ110を接着剤117によって接着する。次いで、CCDパッケージ110の前面側に防塵パッキン130及びローパスフィルタ140を当接し、さらにその前側から保持枠120を当接し、ビス122によって保持枠120を基準板100に固定することでCCDブロック10を組み立てる。次いで、このCCDブロック10をメインフレーム8に固定する。この工程では、基準板100の位置決め穴102をメインフレーム8の位置決めピン83に嵌合させることでメインフレーム8上でのCCDブロック10の平面方向の位置が決定される。そして、基準板100の前面をメインフレーム8の3つの支持ボス82の当接面に当接させた状態で固定ビス84を各支持ボス82に螺合させることにより基準板100をメインフレーム8に固定し、これによりCCDブロック10がメインフレーム8に固定される。
このようにCCDブロック10がメインフレーム8に組み立てられたデジタルカメラでは、CCDを駆動してCCDチップ113が発熱すると、発生した熱はCCDパッケージ110のパッケージベース111から基準板100に伝導される。伝導された熱は熱伝導率の大きな銅系材料の表面膜104によって基準板100の表面に沿って拡散されながら伝導されて行き、基準板100の周辺に配置されている熱伝導率の大きな銅系材料の3つの支持ボス82からメインフレーム8に伝導される。このとき一部の熱は位置決めピン83を介してメインフレーム8に伝導されることもある。そして、メインフレーム8に伝導された熱は、アルミニウムよりも比熱の小さい鉄系材料のメインフレーム8に対して緩やかにメインフレーム8の周辺領域にまで拡散されて行き、面積の大きなメインフレーム8の表面から放熱されることになる。このとき、メインフレーム8は比熱の小さい材料であるため、支持ボス82のかしめ部位から周辺部に向けての熱勾配が確保され、基準板100からメインフレーム8への熱伝導は継続的に行われることになり、CCDチップ113の放熱効果を長時間にわたって確保することが可能になる。
すなわち、CCDチップ113で発生した熱は表面膜104、支持ボス82を介して速やかにメインフレーム8に伝導されて放熱が行われるため、伝導される熱が基準板100に留まることなくCCDチップ113の放熱効果を高めてCCDチップ113の温度上昇を防止し、画像ノイズを抑制することが可能になる。その一方で基準板100の強度は高いため、変形を防止するために基準板100を厚く形成したりリブ等を設ける必要がなく、基準板100の全体の厚さを薄く形成することができるので、カメラの光軸方向の寸法を小さくしてカメラの小型化が実現できる。
また、カメラボディ1の内部構造体であるメインフレーム8はステンレス鋼等の鉄系材料をプレス加工によって形成しているので、メインフレームを含むカメラボディをアルミダイカストやガラス繊維強化樹脂等の樹脂成型によって形成する場合に比較して金型コストが低減でき、また、材料コストも安価であるのでカメラの低コスト化を図る上でも有利である。なお、メインフレーム8はアルミニウムや樹脂等よりも強度が高く比熱が小さい材料であれば、銅又は黄銅等の銅系材料で形成してもよい。
図6は本発明の実施例2の要部の断面図であり、図3の一部に相当する図である。実施例2ではCCDブロック10を固定支持するメインフレーム8の表面、すなわち支持ボス82をかしめ固定する側の表面にも熱伝導率の高い材料の表面膜、ここでは銅メッキ膜85を形成している。この銅メッキ膜85を形成することにより、CCDチップ113で発生し、基準板100の表面膜104から支持ボス82に伝導されてきた熱は、支持ボス82から銅メッキ膜85を介してメインフレーム8の広い領域にまで速やかに伝導され、その上で各領域においてメインフレーム8の板厚方向に伝導され、メインフレーム8において生じる熱勾配によって継続的な放熱効果を得ることが可能になる。実施例2では、基準板100に比較して面積の大きなメインフレーム8の全体を有効に利用して放熱を行うことができるので、実施例1よりも放熱効果を高めることが可能になる。
ここで、基準板100にCCDパッケージ110を接着するための接着剤117として熱伝導率の高い接着例を使用すれば、CCDチップ113で発生した熱はパッケージベース111から接着剤117を介して基準板100に伝熱され易くなり、CCDチップの放熱効果をさらに高めることが可能になる。熱伝導率の高い接着剤が使用することが難しい場合には、例えば図3に示すように、CCDパッケージ110のパッケージベース111の背面の一部、特にCCDチップ113の直後となる領域に熱伝導率の高い放熱グリース118を塗布しておくか、あるいは放熱シートを基準板100との間に入れてもよい。この場合には、この放熱グリース118あるいは放熱シートによってCCDチップ113に発生した熱を基準板100の表面膜104に対して好適に伝導させることが可能になる。
本発明にかかる撮像素子はCCDに限られるものではなく、撮像素子の発熱によって画質の劣化が生じる撮像素子であればCCD以外の他の固体撮像素子で撮像素子を用いるデジタルカメラについても本発明を同様に適用できることは言うまでもない。
本発明のデジタルカメラの一部を破断した背面方向の斜視図である。 図1のデジタルカメラの主要部の部分分解斜視図である。 図1のA−A線に沿う実施例1の拡大断面図である。 CCDブロックを前面方向から見た斜視図である。 CCDブロックの部分分解斜視図である。 実施例2の要部の断面図である。
符号の説明
1 カメラボディ
2 撮影レンズ
8 メインフレーム(鉄系材料)
10 CCDブロック
82 支持ボス(銅系材料)
85 銅メッキ膜
100 基準板(鉄系材料)
104 表面膜(銅メッキ膜)
110 CCDパッケージ
113 CCDチップ
120 保持枠
130 防塵パッキン
140 ローパスフィルタ

Claims (6)

  1. カメラボディに固定したとき撮像素子の取付位置の基準となる基準板に撮像素子を内装した撮像素子パッケージを搭載した撮像素子ブロックを備え、前記撮像素子ブロックをカメラボディに固定支持したデジタルカメラにおいて、前記カメラボディはアルミニウムや樹脂よりも強度があり、かつこれら材料よりも比熱の小さい材料で構成され、前記基準板はアルミニウムや樹脂よりも強度がある鉄系材料のステンレス鋼で構成されるとともにその表面の全面にアルミニウムよりも熱伝導率の高い銅メッキ膜からなる表面膜を有し、前記撮像素子パッケージで発生した熱を前記表面膜を介して前記カメラボディに伝導させるように構成したことを特徴とするデジタルカメラ。
  2. 前記カメラボディは、強度(引張強度)が 618〜1059(MPa)以上、比熱が 0.435(J/g・K)以下の材料で構成され、前記基準板は強度(引張強度)が 618〜1059(MPa)以上の材料で構成され、前記表面膜は熱伝導率が83.5(W/m・K)以上の材料で構成されることを特徴とする請求項1に記載のデジタルカメラ。
  3. 前記カメラボディを鉄系材料、銅又は黄銅等の銅系材料で形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のデジタルカメラ。
  4. 前記カメラボディには前記基準板を固定支持する面に銅メッキ膜が形成されていることを特徴とする請求項3に記載のデジタルカメラ。
  5. 前記カメラボディには前記基準板を固定支持するための支持ボスが設けられており、この支持ボスを銅系材料で構成したことを特徴とする請求項3または4に記載のデジタルカメラ。
  6. 前記撮像素子パッケージは熱伝導率の高い接着剤で前記基準板に接着されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のデジタルカメラ。
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