JP4543339B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
多くの場合、撮像素子の撮像面の反対に位置する背面に撮像素子で発生する熱を放熱する放熱板が設けられ、放熱板が撮像素子の背面に臨む面と反対側に位置する面に撮像素子を動作させる信号処理基板が設けられている(特許文献1参照)。
撮像素子の温度が使用温度を超えた場合には、撮像素子の動作が安定して行うことができないため、あるいは、撮像素子で生成される撮像信号のノイズ成分が増大するため、強制的に撮像素子の動作を停止させなくてはならず、連写時に操作性の向上を図る上で不利がある。
したがって、如何にして撮像素子の温度上昇を効果的に防止するかが重要である。
しかしながら、上記従来技術では、信号処理基板で発生した熱が放熱板を介して撮像素子に伝達されるため、撮像素子の放熱性の向上を図る上で不利があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、撮像素子の温度上昇を効果的に防止する上で有利な撮像装置を提供することにある。
また、撮像素子および信号処理基板の放熱効率を高める上で有利となる。
また、撮像素子の動作の安定性を図れ、撮像信号に生じるノイズ成分の低減を図り撮像信号の品質の向上を図る上で有利となる。
また、撮像素子ユニットの組み立て作業の効率化を図る上で有利となる。
図1は本実施の形態の撮像素子ユニットが適用された撮像装置10を前方から見た斜視図、図2は撮像装置10を後方から見た斜視図である。
本実施の形態では、撮像装置10は、一眼レフタイプのデジタルスチルカメラである。
図1、図2に示すように、撮像装置10は、筐体12とレンズ鏡筒14などを含んで構成されている。
筐体12は、外装を構成し前後方向の長さよりも大きな寸法の上下方向の高さと、上下方向の高さよりも大きな寸法の左右方向の幅を有している。
なお、本明細書において、撮像装置10の前方とは被写体側をいい、後方とはその反対側をいい、左右は撮像装置10を前方から見た状態でいうものとする。
前面12Aの左側部を除く領域には、レンズ鏡筒14が着脱可能に装着されている。
筐体12内部には、後述する手振れ補正機構20が組み込まれ、手振れ補正機構20に本発明に係る撮像素子ユニット18が保持され、撮像素子ユニット18は撮像素子42(図7)を含んで構成されている。
レンズ鏡筒14は、被写体像を撮像素子ユニット18に導く撮影光学系14Aが組み込まれ、前面12Aに装着された状態で前後に延在している。
図中符号15は、撮影光学系14Aを保護するためにレンズ鏡筒14の先端に着脱可能に取着されるキャップである。
前面12Aの左側部には、グリップ部1204が前方に突出している。グリップ部1204は、筐体12と同じ高さを有している。
グリップ部1204の上面には、グリップ部1204を把持した右手の指で操作されるシャッターボタン1206および操作用リング1208が設けられている。
操作用リング1208は、それを回転操作することにより、シャッター速度や絞り値の設定値を調整するものである。
左側面12Eには、撮像装置10によって撮影された画像データを記録するメモリカードなどの記録媒体を挿脱するための記録媒体収容部(不図示)が設けられている。
記録媒体収容部は、左側面12Eに揺動可能に設けられた開閉蓋1210によって開閉可能に覆われている。
上面12Cには、撮影補助光を照射するためのフラッシュ部1212が出没可能に設けられている。
2つの操作ダイヤルのうち、一方の操作ダイヤル1214は、画像撮影モードを設定するためのものである。
画像撮影モードとしては、シャッター速度や絞り値を含む種々の設定が自動で設定されるオート撮影、予め撮影状況に合わせてシャッター速度や絞り値などが複数種類用意されたシーンセレクション、シャッター速度と絞り値は自動で設定され他の設定が手動で調整されるプログラムオート撮影、絞り値を手動で設定することでシャッター速度が自動で設定される絞り優先撮影、シャッター速度を手動で設定することで絞り値が自動で設定されるシャッタースピード優先撮影、シャッター速度と絞り値の双方を手動で設定するマニュアルモード撮影などがある。
2つの操作ダイヤルのうち、他方の操作ダイヤル1216は、撮影にまつわる種々の機能の設定を行うためのものである。
他方の操作ダイヤル1216で設定される機能としては、ISO感度、ホワイトバランス、フォーカスモード、フラッシュ、測光モードなどがある。
これらの機能の設定は、後述するビューファインダー1218あるいはディスプレイパネル16に表示される設定用の画面などを視認しつつ、操作ダイヤル1216と、後述する操作ボタン1224、十字キー1226との双方を操作することで行われる。
背面12Bのほぼ中央には、撮像素子42によって撮像された被写体像、あるいは、前記記録媒体から読み出された画像などを表示するためのモニター、例えば液晶表示装置からなるディスプレイパネル16が設けられている。
また、上面12Cの左側面12E寄りの箇所と右側面12Fの上部寄りの箇所には、吊り下げ紐(ショルダーストラップ)11の両端を取り付けるための左右の取り付け部1220、1222が設けられている。
ディスプレイパネル16の周囲の背面12B箇所には、種々の操作を行うための複数の操作ボタン1224、十字キー1226、手振れ補正スイッチ1230が設けられている。
なお、シャッターボタン1206、操作用リング1208、操作ダイヤル1214、1216、複数の操作ボタン1224、十字キー1226、手振れ補正スイッチ1230などによって操作部40K(図7)が構成されている。
図3に示すように、筐体12には、メイン基板13と、撮像素子ユニット18と、手振れ補正機構20とが組み込まれている。
メイン基板13には画像処理用LSIなどが搭載されている。
手振れ補正機構20は、本発明に係る撮像素子ユニット18を撮影光学系14Aの光軸と直交する平面上を移動可能に支持するものである。
撮像素子ユニット18とメイン基板13とはフレキシブル基板17によって接続されている。
図4、図5は手振れ補正機構20の構成を示す分解斜視図、図6は撮像装置10の断面図である。
図4乃至図6に示すように、手振れ補正機構20は、ベース22と、可動体24と、案内機構26と、移動機構28などを含んで構成されている。
ベース22は、中央に矩形状の開口2202が形成された矩形枠板状を呈し筐体12に一体的に取り付けられ、ベース22が後方に臨む後面2202は光軸Lと直交する平面上を延在している。
可動体24は、中央に矩形状の開口2402が形成された矩形枠板状を呈し、ベース22に平行させてベース22の背面2202上に配置されている。
撮像素子ユニット18は、撮像素子42の撮像面を開口2402を介して前方に向けた状態で可動体24が後方に臨む背面2404に取着されている。
本実施の形態では、案内機構26は、スライダ30と、第1案内機構32と、第2案内機構34とを含んで構成されている。
なお、本実施の形態では、第1の方向は左右方向であり、第2の方向は上下方向である。
第1ガイド軸3202は、ベース22の背面2202箇所に第1の方向に沿って延在形成されている。
第1軸受け部3204は、スライダ30がベース22に臨む前面に設けられ第1ガイド軸3202に摺動可能に連結されている。
第2ガイド軸3402は、可動体24の後面2404箇所に、第2の方向に沿って延在形成されている。
第2軸受け部3404は、スライダ30が可動体24に臨む前面に設けられ第2ガイド軸3402に摺動可能に連結されている。
すなわち、可動体24に取着された撮像素子ユニット18は、案内機構26によって、ベース22上において第1の方向と第2の方向に移動可能に案内されることになる。なお、案内機構26による可動体24の案内に際して、可動体24は、従来公知のさまざまな構成により光軸L方向には移動不能に支持されている。
第1圧電素子36は、第1ガイド軸3202の端部に連結され、第1圧電素子36が伸縮動作を行うことで第1ガイド軸3202に軸方向の変位を与えることで第1軸受け部3202を介してスライダ30すなわち可動体24を第1の方向に移動させるものである。
第2圧電素子38は、第2ガイド軸3402の端部に連結され、第2圧電素子38が伸縮動作を行うことで第2ガイド軸3402に軸方向の変位を与えることで第2軸受け部3402を介して可動体24を第2の方向に移動させるものである。
第1、第2圧電素子36、38の伸縮動作は、第1、第2圧電素子36、38が駆動部40N(図7)から駆動信号(鋸歯状の電圧)を供給されることでなされる。
したがって、第1圧電素子36と第1ガイド軸3202と第1軸受け部3204とによって撮像素子ユニット18(可動体24)を第1の方向に移動させる第1の圧電アクチュエータが構成され、第2圧電素子38と第2ガイド軸3402と第2軸受け部3404とによって可動体24を第2の方向に移動させる第2の圧電アクチュエータが構成されている。
本実施の形態では、移動機構28が第1、第2の圧電アクチュエータによって構成されている場合について説明したが、このような移動機構28としてコイルとマグネットの相互磁気作用を用いた電磁アクチュエータを用いるなど従来公知のさまざまな移動機構が採用可能である。
図7は撮像装置10の制御系を示すブロック図である。
撮像装置10は、上述した筐体12、レンズ鏡筒14、ディスプレイパネル16、撮像素子ユニット18、手振れ補正機構20などに加えて、映像信号増幅部40A、映像信号処理部40B、映像信号記録再生部40C、制御部40D、モニタドライバ40E、内部メモリ40F、メモリカード用インターフェース40G、メモリカード用スロット40H、外部入出力インターフェース40I、外部入出力端子40J、操作部40K、手振れ検出部40L、手振れ信号処理部40M、駆動部40N、位置検出部40P、位置検出信号処理部40Qなどが設けられている。
映像信号記録再生部40Cは、映像信号処理部40Bから供給された映像信号を制御部40Dの制御にしたがってメモリカード用インターフェース40FGを介してメモリカード用スロット40Hに装着された記録媒体としてのメモリカード2に記録する。
また、映像信号記録再生部40Cは、映像信号処理部40Bから供給された映像信号、あるいは、メモリカード用インターフェース40FGを介してメモリカード2から供給された映像信号を、モニタドライバ40Eを介してディスプレイパネル16に供給して画像の表示を行わせる。
制御部40Dは、操作部40Kの操作に基づいて、映像信号記録再生部40Cの制御を行う。
内部メモリ40Fは、映像信号記録再生部40Cの動作のために必要なメモリエリアを提供する。
外部入出力インターフェース40Iは、外部入出力端子40Jに接続された外部の電子機器と映像信号記録再生部40Cとの間で映像信号の授受を司る。
手振れ検出部40Lとしては、例えば、ジャイロセンサなど従来公知の様々なセンサを採用可能である。
手振れ信号処理部40Mは、手振れ検出部40Lから供給されたアナログ信号としての手振れ検出信号から手振れの方向や手振れの大きさなどを示すデジタル信号としての手振れ補正信号を生成して制御部40Dに供給する。
位置検出部40Pは、撮影光学系14Aの光軸Lと直交する平面上において互いに直交する第1、第2の方向における撮像素子42を保持する可動体24(図4乃至図6)の位置を検出するものであり、可動体24の位置に応じた位置検出信号を出力する。
位置検出部40Pとしては、例えば、長手方向にN極とS極とが繰り返して着磁されたマグネットと、該マグネットに対向して配置された磁気抵抗素子(MR素子)とを有し、マグネットと磁気抵抗素子の相対的な位置変化に応じて磁気抵抗素子から得られた検出信号を用いるなどの従来公知の様々なセンサを採用可能である。
位置検出信号処理部40Qは、位置検出部40Pから供給されたアナログ信号としての位置検出信号から位置を示すデジタル信号としての位置検出信号を生成して制御部40Dに供給する。
制御部40Dは、手振れ信号処理部40Mから供給された手振れ補正信号に基づいてアクチュエータ制御信号を生成し駆動部40Nに与える。
駆動部40Nは与えられたアクチュエータ制御信号に基づいて生成した駆動信号を第1、第2圧電素子36、38にそれぞれ供給することでそれら第1、第2圧電素子36、38を駆動する。
このように制御部40Dが、手振れ検出部40L、手振れ信号処理部40M、位置検出部40P、位置検出信号処理部40Q、駆動部40N、第1、第2圧電素子36、38を制御することにより手振れ補正動作が実行される。
また、制御部40Dは、手ぶれ補正信号を生成する際、位置検出信号処理部40Qから供給された位置検出信号に基づいたフィードバック制御を行うことで可動体24の位置制御の高精度化が図られている。
また、手振れ補正スイッチ1230(図2)のオン、オフ操作に基づいて制御部40Dが各部を制御することにより上述した手振れ補正動作が実行、あるいは、停止される。
次に本発明の要旨である撮像素子ユニット18について説明する。
図8は撮像素子ユニット18の斜視図、図9は撮像素子ユニット18の平面図、図10は撮像素子ユニット18の背面図である。
図11乃至図13は撮像素子ユニット18の分解斜視図である。
図14は信号処理基板とスペーサの斜視図である。
図15は図8のAA線断面図である。
撮像素子ユニット18は、撮像素子42と、放熱板44と、信号処理基板46と、スペーサ48と、カバーガラス50とを含んで構成されている。
撮像素子42は撮影光学系14Aによって撮像面42Aに導かれた被写体像を撮像して撮像信号を生成するものである。
本実施の形態では、撮像素子42はCCD(Charge Coupled Dvice)で構成されている。
撮像素子42の側面から信号処理基板46に接続するための複数のリード線43が突出されている。
撮像素子42は、信号処理基板46から供給される電源や駆動信号に基づいて動作し、生成した撮像信号を信号処理基板46に供給する。
なお、本実施の形態では、撮像素子ユニット18を手振れ補正機構20によって動かすことから、撮像素子ユニット18の軽量化を図ることが必要であり、このため、放熱板44を形成する材料としては軽量なアルミなどが好適である。
放熱板44は、撮像素子42の背面42Bに接着剤により取着されている。
放熱板44は撮像素子42よりも大きい輪郭の矩形状を呈している。
放熱板44は、撮像素子42が放熱板44の厚さ方向から見て放熱板44の輪郭の中央に位置するように、放熱板44の4辺と撮像素子42の4辺とを平行させて撮像素子42の背面42Bに取着されている。
撮像素子42の4辺に対応する放熱板44の箇所には、すなわち放熱板44の縁寄りの部分に、それぞれ長孔44Aがそれら縁に沿って延在形成されている。
図9に示すように、放熱板44の外周部には複数のねじ挿通孔44Bが設けられ、このねじ挿通孔44Bを挿通したねじが手振れ補正機構20の可動体24(図6)に螺合されることで放熱板44の外周部と手振れ補正機構20とが連結されている。したがって、手振れ補正機構により放熱板44が移動されることで撮像素子ユニット18が撮像面42Aと平行する面内で直交する2方向に移動される。
なお、本実施の形態では、放熱板44の外周部と可動体24との連結に際して、図8、図12に示すように、放熱板44の外周部と可動体24との間に、熱伝導性に優れたシリコンゴムで形成された3つの放熱シート45を介在させることで、放熱板44から可動体24への熱伝導性の向上が図られている。
信号処理基板46は、放熱板44とほぼ同じ大きさの矩形板状を呈している。
図14、図15に示すように、撮像素子42に電源や駆動信号を供給すると共に撮像素子42から供給された撮像信号に信号処理を行うための回路を構成するLSIやIC、抵抗やコンデンサなどの電子部品4402は、信号処理基板46が放熱板44に対向する面と反対の面に実装され、信号処理基板46が放熱板44に対向する面にはそれら電子部品4402は実装されていない。
図14、図15に示すように、放熱板44と信号処理基板46とは、それらの間にスペーサ48を介在させそれらの間に空隙部Sを確保した状態で平行に対向して配置されている。
スペーサ48は、図12に示すように、細長形状を呈し、より詳細には、厚さよりも大きな幅と、この幅よりも大きな長さとを有する扁平な長方形の板状に形成されている。
スペーサ48は合成樹脂などの熱伝導性が低い材料で形成されている。
スペーサ48は複数設けられ、互いに間隔をおいて平行に配置されている。
したがって、空隙部Sは、スペーサ48に仕切られて複数設けられている。
また、各空隙部Sは、各スペーサ48が直線状に延在していることから、放熱板44および信号処理基板46の縁の部分でそれぞれ開放されている。
撮像素子42から突出されリード線43は、放熱板44の長孔44Aに挿通されそれらの端部が信号処理基板46のスルーホール46Aに挿通され半田付けにより接合されている。
信号処理基板46と反対側に位置する電子部品4402の面には放熱シート52が接着により取着されている。
放熱シート52は、信号処理基板46に実装されている電子部品4402で発生する熱を放熱するものであり、撮像素子ユニット18を手振れ補正機構20によって動かすことから、撮像素子ユニット18の軽量化を図ることが必要であり、このため、放熱シート52を形成する材料としては、熱伝導率が高くかつ軽量なものが好ましい。
本実施の形態では、放熱シート52として、金属材料よりも高い熱伝導率(800W/m・K)を有するグラファイトシートが用いられている。
カバーガラス50は光学フィルターの機能を有していてもよく、あるいは、カバーガラス50に1枚以上の光学フィルターを重ね合わせてもよい。
したがって、空隙部Sに存在する空気層が放熱板44と信号処理基板46との間で断熱効果を発揮するため、信号処理基板46の熱が放熱板44を介して撮像素子42に直接伝導することを防止する上で有利となる。
また、放熱板44と信号処理基板46が密着する従来構造に比較して、放熱板44と信号処理基板46が空気に接する面積をより広く確保することができるため、撮像素子42および信号処理基板44の放熱効率を高める上で有利となる。
また、放熱板44と信号処理基板46との間に形成された空隙部Sの空気が熱による対流を発生するため、放熱効率を高める上で有利となる。
これらのことから、撮像素子42の温度上昇を効果的に防止することができ、撮像素子42の動作の安定性を図れ、撮像信号に生じるノイズ成分の低減を図り撮像信号の品質の向上を図る上で有利となる。
特に、撮像装置10が一眼レフタイプなどのように、連写性を要求され短時間に連続した撮像動作が繰り返される場合には、撮像素子42および信号処理基板46から高い熱が発生するため、撮像素子42の使用温度を超えた場合には強制的に撮像素子42の動作を停止させる必要があるが、本実施の形態では、撮像素子42の温度上昇を抑制できるため、強制的に撮像素子42の動作を停止させる頻度を低減することができ、連写性の向上を図る上で有利となる。
また、手振れ補正機構20によって撮像素子ユニット18を動かす場合には、撮像素子ユニット18の軽量化を図ることが手振れ補正機能の応答速度の向上や省電力化を図る上で必要とされるため、撮像素子ユニット18に重量を有する放熱部品を設けることで放熱性の向上を図るには制約がある。
しかしながら、本実施の形態では、撮像素子42の背面42Bに設けられた放熱板44と、信号処理基板46との間に空隙部Sを確保することによって撮像素子42の温度上昇を効果的に抑制する上で有利となる。
さらに、本実施の形態では、手振れ補正機構20によって撮像素子ユニット18が撮影光学系14Aの光軸Lと直交する平面に沿って移動されるので、この撮像素子ユニット18の移動に伴って空隙部Sの空気も空隙部Sから開放された部分を介して強制的に移動されるため、放熱効果を高める上でより一層有利となる。
また、本実施の形態では、撮像装置としてデジタルスチルカメラを用いて説明したが、本発明は、ビデオカメラやその他種々の撮像装置に適用可能である。
Claims (1)
- 筐体と、
前記筐体内に配置された撮像素子ユニットと、
手振れ補正機構とを備え、
前記撮像素子ユニットは、
厚さ方向の一方に撮像面が位置する撮像素子と、
前記撮像面と反対に位置する前記撮像素子の背面に設けられ前記撮像素子で発生する熱を放熱する放熱板と、
前記撮像素子を動作させる信号処理基板とを有し、
前記放熱板と前記信号処理基板とは、それらの間にスペーサを介在させそれらの間に空隙部を確保した状態で対向して配置され、
前記スペーサは、その厚さよりも大きな幅と該幅よりも大きな長さとを有する扁平な長方形の板状に形成され、互いに間隔をおいて複数設けられ、
前記空隙部は前記スペーサに仕切られて複数設けられ、前記各空隙部は前記放熱板および前記信号処理基板の縁の部分でそれぞれ開放されており、
前記放熱板は前記撮像素子よりも大きい輪郭を有し、
前記信号処理基板には、前記撮像素子に電源や駆動信号を供給すると共に前記撮像素子から供給された撮像信号に信号処理を行うための回路を構成する複数の電子部品が実装され、
前記電子部品は前記信号処理基板が前記放熱板に対向する面と反対の面に実装され、前記信号処理基板が前記放熱板に対向する面には実装されておらず、
前記撮像素子は前記放熱板の厚さ方向から見て前記放熱板の輪郭内に位置するように配置され、
前記撮像素子の周囲から前記撮像素子に供給する電源や駆動信号および前記撮像素子で生成される撮像信号を伝達するための複数のリード線が突出され、
前記リード線は、前記放熱板の縁寄りの部分に前記縁に沿って延在形成された長孔に挿通されそれらの端部が前記信号処理基板の接続部に半田付けにより接合され、
前記複数の電子部品の面にはそれら電子部品で発生する熱を放熱する放熱シートが取着され、
前記手振れ補正機構は、前記撮像素子ユニットを、前記撮像面と平行する面内で直交する2方向に移動可能に支持し、
前記放熱板に連結された前記手振れ補正機構により前記放熱板が移動されることで前記撮像素子ユニットが前記撮像面と平行する面内で直交する2方向に移動される
ことを特徴とする撮像装置。
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