JP4391838B2

JP4391838B2 - デジタルカメラ

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Publication number: JP4391838B2
Application number: JP2004018076A
Authority: JP
Inventors: 裕一黒澤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: US20050162538A1; US7352404B2; JP2005215015A

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及びカメラ環境温度によるピントずれを防止したデジタルカメラに関するものである。

ＣＣＤ等の撮像素子を備えるデジタルカメラでは、小型化、軽量化を図るために、ステンレス等の剛性の高い材料でメインフレームを形成し、このメインフレームの前面側にアルミダイカストや樹脂成形品で製造されたミラーボックスを固定し、背面側に撮像素子を固定する構造が採用されている。図８（ａ）はその概略構成を示す図であり、別体あるいは一体に設けられたステンレス板からなる背面板１１１と底板１１２とで垂直断面がＬ字状をしたメインフレーム１１０を形成し、このメインフレーム１１０の上部領域にアルミダイカスト製のミラーボックスブロック１２０を固定支持する。このミラーボックスブロック１２０はミラーボックス１２１にペンタプリズム１２３等の各種部品を搭載するとともに前面には図外の撮影レンズを着脱可能にしたレンズマウント１０２が設けられたものである。また、背面板１１１にはミラーボックスブロック１２０の内部を開口するアパーチャ１１１ａが設けられており、このアパーチャ１１１ａに臨む後面に撮像素子１３０が取着されている。このようにすることで、カメラボディ全体をアルミダイカストや樹脂で構成する場合に比較して強度を高める一方で小型化、軽量化が実現できる。

ところで、撮像素子としてＣＣＤを用いたデジタルカメラでは、ＣＣＤを連続して駆動させると、駆動用電流によってＣＣＤが発熱して温度上昇し、この温度上昇によってＣＣＤでの暗電流が増加して画像のノイズが増加する原因となる。このようなＣＣＤでの発熱による撮像画像の劣化を防止するものとして特許文献１のようにＣＣＤで発生した熱をカメラボディに伝達させて放熱させる技術がある。
特開２００３−６９８８６号公報

このような技術は図８（ａ）に示したデジタルカメラにおいても同様であり、ＣＣＤ１３０で発生した熱をメインフレーム１１０に伝熱させてここから放熱させることでＣＣＤ１３０での温度上昇を抑制して撮影画像の画質劣化を防止している。しかしながら、ＣＣＤ１３０からメインフレーム１１０に熱が伝達され、あるいは環境温度変化によってメインフレーム１１０の温度が上昇すると、図８（ｂ）に鎖線で示すように、板厚方向及び面方向に熱膨張される。また、これと同時に、メインフレーム１１０に伝達された熱の一部はメインフレームに固定されているミラーボックスブロック１２０にも伝達される。ミラーボックスブロック１２０の主体であるミラーボックス１２１の材料であるアルミダイカストや樹脂成形品はステンレスのメインフレーム１１０よりも熱膨張係数が大きいため、ミラーボックス１２１も伝達された熱によって熱膨張される。そのため、メインフレーム１１０とミラーボックスブロック１２０はそれぞれ光軸方向に熱膨張されることになり、特にメインフレーム１１０ではＣＣＤ１３０の前面、すなわちＣＣＤ１３０の撮像面がメインフレーム１１０の厚みの熱膨張分だけ光軸方向に沿って後方に位置変動され、またミラーボックスブロック１２０ではミラーボックス１２１の熱膨張分だけレンズマウント１０２の前面が光軸方向に沿って前方に移動され、この結果、ＣＣＤ１３０の撮像面とレンズマウント１０２との光軸距離が変動し、ＣＣＤ１３０での撮像画像にピントずれが生じてしまう。

また、図８（ｂ）に示すように、この構成においてはミラーボックスブロック１２０を底板１１２に対してネジ等により固定しているため、ミラーボックスブロック１２０が光軸方向に熱膨張したときには底板１１２に固定されている下部側の熱膨張が上部側よりも抑制されることになり、ミラーボックスブロック１２０の膨張に伴ってレンズマウント１０２の前面が光軸と垂直な面に対して傾斜してしまう。そのため、光軸が下方に傾くことになり、この場合には撮像画像の一部にピントずれが生じてしまう。

本発明の目的は、撮像素子で発生した熱や環境温度変化によるピントずれを防止して撮像特性を向上したデジタルカメラを提供するものである。

本発明は、撮影レンズが装着されるレンズマウントを有するミラーボックスと、撮影レンズで結像した被写体像を撮像する撮像面を有する撮像素子とをカメラボディ内の同一のフレームに組み立てたデジタルカメラにおいて、撮像素子を支持部材を介在させてフレームに支持するとともに、ミラーボックスのレンズマウントからフレームまでの光軸方向の寸法と支持部材の光軸方向の寸法の比の値と、支持部材の線膨張係数とミラーボックスの線膨張係数の比の値がほぼ一致す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フレームに伝達して放熱することで撮像素子での温度上昇による画質劣化を防止して撮像特性を改善するとともに、当該熱やカメラの環境温度によってミラーボックス及びフレームが熱膨張及び熱収縮した場合においても、ミラーボックスのレンズマウントと撮像素子の撮像面の熱膨張及び熱収縮による位置変動を等しくし、レンズマウントと撮像面との光軸方向の寸法を一定に保持し、撮像素子でのピントずれを防止することが可能になる。

本発明の支持部材は、撮像素子とフレームとの間に介在される板状部と、板状部の前面と後面にそれぞれ突出された前側突部と後側突部とを備え、前側突部を撮像素子に設けられた孔に嵌合し、後側突部をフレームに設けられた孔に嵌合して撮像素子をフレームに支持する構成とすることが好ましい。また、フレームは光軸方向に垂直に向けられた背面板と、光軸方向に向けられた底板とを備え、ミラーボックスは底板上に載置された状態でその背面部が背面板に固定され、撮像素子はその背面において背面板に支持される構成とすることが好ましい。

具体的には、ミラーボックスの線膨張係数をα１、支持部材の線膨張係数をα２、ミラーボックスの光軸方向の寸法をＬ１、支持部材の光軸方向の寸法をＬ２としたときに、Ｌ１×α１＝Ｌ２×α２ですることが好ましい。具体的には、ミラーボックスがアルミダイカストあるいはポリカーボネートで構成され、ミラーボックスと支持部材の寸法の比の値が１０〜５：１のとき、支持部材をポリオレフィン系の部材で構成する。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明を一眼レフカメラとして構成したデジタルカメラを右前方からみた概略外観図である。このデジタルカメラはカメラボディ１の前面に設けられたレンズマウント２に対して図には表れない撮影レンズが着脱可能に装着される。また、カメラボディ１の上部にはＬＣＤ表示部３、シャッタ釦４、各種スイッチ５が配設されている。

図２は前記カメラボディ１の内部構造体の主要部、特にメインフレーム、ミラーボックスブロック、及びＣＣＤブロックを含む部分の斜視図である。また、図３はその部分分解斜視図、図４は左前方から見た部分分解斜視図である。これらの図において、メインフレーム１０はステンレス等の剛性の高い金属板からなる垂直に向けられた背面板１１と、この背面板１１の底縁に沿って水平に延長された底板１２と、さらに図には表れない左右の側板とをカシメ或いは溶接等により連結して一体に組み立てており、特に背面板１１と底板１２とは垂直方向にＬ字型に構成されている。ミラーボックスブロック２０の主体部を構成するミラーボックス２１はアルミダイカストあるいはガラス繊維強化ポリカーボネイト等の樹脂で概ね矩形の箱状に形成されており、その前面には前記レンズマウント２が一体的に設けられている。

前記ミラーボックス２１内にはメインミラ２２ーが内装され、上部にはペンタプリズム２３と図には表れない接眼光学系、及び測光素子２４が搭載され、下部にはＡＦ（自動焦点）モータ２５ａを含むＡＦ駆動機構２５が配設されている。また、背面にはシャッタ２６が配設され、左側面には絞り駆動機構２７、前記メインミラー２２を駆動するためのミラー・シャッタチャージモータ２８が配設されている。そして、これら各機構が装備された前記ミラーボックス２１は前述したようにミラーボックスブロック２０として構成され、前記メインフレーム１０の底板１２上に載置されるとともに、ミラーボックスブロック２０の背面複数箇所に設けられた透孔１１ａを挿通する複数本のネジ１３によって前記背面板１１に固定されている。そのため、この固定状態では後述するようにミラーボックスブロック２０が温度変化によって光軸方向に線膨張したときには、ミラーボックスブロック２０は底板１２上を滑るようにして光軸と平行な方向に熱膨張されることになる。

また、図５に前記ミラーボックスブロック２０のほぼ中心位置での垂直断面図に示すように、前記ミラーボックス２１の背面に配設された前記シャッタ２６の背後にはＣＣＤブロック３０が配置され、前記メインフレーム１０の背面板１１に固定状態に支持されている。図３，４からも判るように前記ＣＣＤブロック３０はＣＣＤ基準板３１にＣＣＤチップ３２が搭載され、枠体３３によって周辺部において保持されている。そして、ＣＣＤブロック３０は前記ＣＣＤ基準板３１に設けられた３箇所の固定穴３１ａにおいてＣＣＤブロック支持部材１４により前記背面板１１の前面に支持されている。なお、ＣＣＤブロック基板３１の背面にはＣＣＤチップ３２に電気接続されるリード端子３２ａが突出されているが、このリード端子は図３，４には表れておらず、背面板１１に設けられた挿通穴１１ｂを通して後面側に突出されている。

図６（ａ）は前記ＣＣＤブロック支持部材１４の斜視図である。ＣＣＤブロック支持部材１４は円板状部１４１と、この円板状部１４１の両面の各中心位置において板厚方向に突出された矢尻状の前側突部１４２と後側突部１４３とが樹脂により一体に成形されたものである。その上で、図６（ｂ）に拡大断面図を示すように、ＣＣＤブロック支持部材１４の後側突部１４３は背面板１１に開けられた支持孔１１ｃに嵌入され、前側突部１４２はＣＣＤ基準板３１にあけられた前記固定穴３１ａに嵌入され、これら各突部１４２，１４３の嵌合によって円板状部１４１を挟んだ状態でＣＣＤ基準板３１が背面板１１に固定支持されている。また、この固定支持の状態では、ＣＣＤブロック３０の前面はミラーボックスブロック２０の背面、特に前記シャッタ２６に接触されることはなく、光軸方向に若干の隙間が確保されている。

ここで図５に示すように、前記ＣＣＤブロック支持部材１４は前記円板状部１４１の厚さ、すなわち光軸方向の長さＬ２が前記ミラーボックスブロック２０の光軸方向の全長、正確には背面板１１の前面からレンズマウント２の前面までの光軸方向の長さＬ１のほぼ１／１０〜１／５程度の厚さに形成されており、またその材料としてはミラーボックス２１を形成している材料のアルミダイカストやガラス繊維強化ポリカーボネートの線膨張係数よりもほぼ５〜１０倍程度線膨張係数の大きなポリオレフィン系の材料で形成されている。

ここで、ミラーボックス２１の線膨張係数をα１とする。例えば、当該ミラーボックスの材料としてアルミダイカストを用いたときには線膨張係数α１はほぼ２．３×１０Ｅ−５／℃、ポリカーボネートを用いたときには線膨張係数α１は２．７×１０Ｅ−５／℃である。また、ＣＣＤブロック支持部材１４の線膨張係数をα２とする。例えば、当該支持部材の材料としてポリオレフィン系の材料であるポリアセタールを用いたときの線膨張係数α２は１１×１０Ｅ−５／℃、ポリエチレンを用いたときの線膨張係数α２は１６〜１８×１０Ｅ−５／℃、ポリブチレンテレフタレートを用いたときの線膨張係数α２は９．４×１０×Ｅ−５／℃である。

以上の構成の本実施例のデジタルカメラでは、カメラを使用しない通常の気温範囲における状態では、図７（ａ）に模式図を示すように、ミラーボックスブロック２０のレンズマウントとＣＣＤブロックの撮像面との光軸距離は、予め設定された撮像レンズの結像光軸距離に一致するように設定されている。したがって、この状態で撮影を行うときには、撮影レンズにより結像される被写体像はＣＣＤブロックの撮像面にピントが合わされる。また、ＣＣＤは常温であるため高い撮像特性が得られる。

カメラを長時間使用すると、ＣＣＤチップ３２の発熱によりＣＣＤブロック３０が昇温し、ＣＣＤの撮像特性が劣化するおそれが生じるが、発生した熱はＣＣＤ基準板３１からＣＣＤブロック支持部材１４を介して背面板１１にまで伝達され、ここから放熱され、さらには底板１２等のメインフレーム１０の全体にまで伝達されて放熱されるので撮像特性の劣化は防止できる。また、メインフレーム１０に伝達された熱によりメインフレーム１０及びミラーボックスブロック２０が熱膨張すると、図７（ｂ）に鎖線で示すように、ミラーボックス２１が光軸方向に沿って熱膨張し、レンズマウント２が光軸方向に位置変動されて通常では前方に移動されるが、これと同時にＣＣＤブロック支持部材１４も円板状部１４１において厚み方向に熱膨張するため、ＣＣＤブロック３０の撮像面も光軸方向の前方に位置変動される。

このとき、温度が常温よりもΔＴだけ昇温したとし、前述のようにミラーボックスブロック２０の光軸方向の全長寸法、すなわちメインフレーム１０の背面板１１に固定されている背面位置からレンズマウント２の前面までの光軸長をＬ１とし、ミラーボックス２１の材料の線膨張係数をα１とすると、ミラーボックスブロック２０の光軸方向の前方に膨張された線膨張寸法はΔＬ１＝Ｌ１×α１×ΔＴとなり、このことはΔＬ１だけレンズマウント２が光軸方向の前方に移動されることになる。また、ＣＣＤブロック支持部材１４の円板状部１４１の厚みをＬ２とし、その線膨張係数をα２とすると、ＣＣＤブロック支持部材１４の光軸方向の線膨張寸法ΔＬ２＝Ｌ２×α２×ΔＴとなり、これはＣＣＤブロック３０の撮像面が光軸方向の前方に移動された寸法である。

ここで、ＣＣＤブロック支持部材１４の線膨張係数α２をミラーボックス２１の線膨張係数α１の５〜１０倍、すなわち、α１：α２＝１：５〜１０にする一方で、円板状部１４１の厚みＬ２をミラーボックスブロック２０の光軸方向の寸法Ｌ１の１／１０〜１／５場合、すなわちＬ１：Ｌ２＝５〜１０：１にしているので、Ｌ１×α１とＬ２×α２はほぼ等しくなり、これからΔＬ１＝ΔＬ２となる。すなわち、レンズマウント２が光軸方向に移動した距離と、ＣＣＤブロック３０の撮像面が光軸方向に移動した距離とが等しくなる。したがって、ＣＣＤブロック３０の撮像面とレンズマウント２との光軸距離は変化することなくほぼ一定に保持されることになり、撮影レンズにより結像した被写体像がＣＣＤブロック３０の撮像面に対してピントが合った状態が保たれることになる。

また、この実施例では、ミラーボックスブロック２０はメインフレームの底板１２に対してはネジによる固定は行っていないので、ミラーボックスブロック２０が光軸方向に熱膨張したときには、ミラーボックスブロック２０は底面上を滑るようにして光軸と平行な方向に熱膨張することが可能であり、レンズマウント２の前面が光軸と垂直な面に保持され、偏ったピントずれが生じることもない。

以上のように本実施例のデジタルカメラでは、ＣＣＤブロック３０を長時間使用した場合でも、ＣＣＤによる撮像特性が劣化することはない。また、ＣＣＤブロック３０を長時間使用した場合及びカメラ環境温度が変化した場合のいずれの場合でもＣＣＤの撮像面におけるピントずれが防止でき、結果として優れた撮影画像を得ることが可能になる。

また、以上の説明においてはカメラの温度が上昇した場合について説明したが、ピントずれについては、カメラの温度が常温よりも低下した場合にミラーボックスブロック２０が熱収縮するのと同時にＣＣＤブロック支持部材１４も熱収縮するので、この場合でもＣＣＤブロック３０におけるピントが合った状態が保持できる。

前記実施例では、ＣＣＤブロック支持部材１４に設けた前側と後側の両突部１４２，１４３による嵌合によってＣＣＤブロック３０をメインフレーム１０に支持しているが、接着剤を用いてＣＣＤブロック支持部材をＣＣＤブロックとメインフレームの少なくとも一方に対して接着して支持するようにしてもよい。ただし、この場合には耐久性、信頼性に優れた接着剤を用いることが要求される。

また、前記実施例では、ミラーボックスブロック２０の線膨張係数と、ＣＣＤブロック支持部材１４の線膨張係数が５〜１０倍程度の材料の組み合わせの例を示したが、ミラーボックスブロックとＣＣＤブロック支持部材の線膨張係数の比に応じてＣＣＤブロック支持部材の厚みを調整することによってミラーボックスブロックとＣＣＤブロックの光軸方向の移動距離が等しくなるような組み合わせであれば、任意の材料の組み合わせで設定することが可能である。

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、例えばＣＭＯＳ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外観図である。内部構造体を右前方から見た要部の斜視図である。内部構造体を右前方から見た要部の部分分解斜視図である。内部構造体を左前方から見た要部の部分分解斜視図である。内部構造体の垂直断面構造を示す概略断面図である。ＣＣＤブロック支持部材の斜視図と組み立て状態の断面図である。ピント合わせを確保する動作を説明するための模式図である。従来のデジタルカメラにおけるピントずれを説明するための模式図である。

符号の説明

１カメラボディ
２レンズマウント
１０メインフレーム
１１背面板
１２底板
１３ネジ
１４ＣＣＤブロック支持部材
１４１円板状部
１４２前側突部
１４３後側突部
２０ミラーボックスブロック
２１ミラーボックス
２２メインミラー
２２ペンタプリズム
２４測光素子
２５ＡＦ駆動機構
２６シャッタ
２７絞り駆動機構
２８ミラーシャッタチャージモータ
３０ＣＣＤブロック
３１ＣＣＤ基準板
３２ＣＣＤチップ

Claims

撮影レンズが装着されるレンズマウントを有するミラーボックスと、前記撮影レンズで結像した被写体像を撮像する撮像面を有する撮像素子とをカメラボディ内の同一のフレームに組み立てたデジタルカメラにおいて、前記撮像素子を支持部材を介在させて前記フレームのミラーボックスが支持される面と同じ面に支持するとともに、前記ミラーボックスの前記レンズマウントから前記フレームまでの光軸方向の寸法と前記支持部材の光軸方向の寸法の比の値と、前記支持部材の線膨張係数と前記ミラーボックスの線膨張係数の比の値がほぼ一致するように構成したことを特徴とするデジタルカメラ。
前記支持部材は、前記撮像素子と前記フレームとの間に介在される板状部と、前記板状部の前面と後面にそれぞれ突出された前側突部と後側突部とを備え、前記前側突部を前記撮像素子に設けられた孔に嵌合し、前記後側突部を前記フレームに設けられた孔に嵌合して前記撮像素子を前記フレームに支持していることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記フレームは光軸方向に垂直に向けられた背面板と、光軸方向に向けられた底板とを備え、前記ミラーボックスは前記底板上に載置された状態でその背面部が前記背面板に固定され、前記撮像素子はその背面において前記背面板に支持されている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。
前記撮像素子はＣＣＤ、ＣＭＯＳで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のデジタルカメラ。
前記ミラーボックスの線膨張係数をα１、前記支持部材の線膨張係数をα２、前記ミラーボックスの光軸方向の寸法をＬ１、前記支持部材の光軸方向の寸法をＬ２としたときに、Ｌ１×α１＝Ｌ２×α２であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のデジタルカメラ。
前記ミラーボックスがアルミダイカストあるいはポリカーボネートで構成され、前記寸法の比の値が１０〜５：１のとき、前記支持部材をポリオレフィン系の部材で構成したことを特徴とする請求項５に記載のデジタルカメラ。
前記レンズマウントには異なる種類の撮影レンズが交換可能に装着される一眼レフカメラに適用されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のデジタルカメラ。