JP4343614B2 - デジタルカメラ - Google Patents

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５のいずれかに記載のデジタルカメラ。

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