JP5526816B2 - 撮像素子のハウジング構造 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を保持してデジタルカメラなどの光学機器に装着される撮像素子のハウジング構造に関する。

従来、デジタルカメラに搭載されている撮像素子には、特許文献１、２に示されているように、平面状の金属板が撮像素子の背面に固定され、又は撮像素子のパッケージと一緒にモールドされている（以下、「撮像素子ブロック」という）。この金属板は、撮像素子ブロックをカメラの基準位置に精度良く配置するための部材でもあり、撮像素子ブロックはこの金属板を介してカメラボディの固定構造に装着される。

撮像素子の発熱は、まずこの金属板に伝達されて撮像素子が冷却されるが、金属板に熱が溜まり温度が上昇するに従って、金属板による冷却効果は低下する。冷却を継続するためには、金属板の熱を他の部材に伝達するなどして放熱させて、金属板の温度上昇を緩和させ、撮像素子との温度差を大きく保つことが望まれる。

特開２００３−３３２５４９号公報 特開２００２−９２６４号公報 特開２００９−８１７１５号公報

しかし、撮像素子ブロックは一般にカメラの構造部材に固定されているが、従来、その構造部材は平面状の金属板あるいは樹脂の成形品であった。樹脂は熱伝導率が低いため冷却効果は期待できない。金属板であったとしても、平面形状では金属板と接触できるのはその一面に限られる。加えて、その一面には、一般にピント調整や位置決めなどの機構が配置されているため、熱伝達のために割ける接触面積は狭い。従って、伝熱効果を上げるには接触面積を広くすることが望まれるが、従来構成では困難であった。

放熱板を大きくする構造として、レンズ鏡筒を利用する構成が提案されている（特許文献１）。この従来技術では、撮像素子ブロックの金属板を、金属製のレンズ鏡筒の端面部に装着して、撮像素子ブロックの熱がレンズ鏡筒に伝わるように形成してある。しかしながらレンズ鏡筒に熱が伝わると、レンズ鏡筒に温度分布が生じてしまい、部分的に膨縮するので、レンズ鏡筒内に収納されたレンズ群の間隔が変化し、又光軸が傾く虞れがある。

本発明は、かかる従来技術における撮像素子の熱対策に関する課題に鑑みてなされたものであって、放熱、冷却効果の高い、撮像素子のハウジング構造を提供することを目的とする。

この課題を解決するために本発明は、撮像素子及びその受光面と平行な方向に延出した取付部を有する撮像素子ブロックと、該撮像素子ブロックを保持して光学機器に装着されるハウジング部材とを有し、前記撮像素子ブロックの複数箇所に、前記受光面と平行な平行面及び前記受光面と直交する直交面を設けたこと；及び前記ハウジング部材を熱良導体によって形成し、かつ該ハウジング部材の複数箇所に、前記撮像素子ブロックの複数箇所の前記平行面及び直交面とそれぞれ直接又は伝熱部材を介して接触する、前記撮像素子ブロックの熱が伝達される伝熱面を設けたこと；を特徴とする。

前記ハウジング部材は、前記撮像素子ブロックの周囲を囲む筒状部を有し、該筒状部の内周面に、前記撮像素子ブロックの直交面と接触する前記伝熱面が形成されていることが実際的である。

前記ハウジング部材は、前記筒状部の内周面から突出する、前記伝熱面を有するフランジ部を有することが好ましい。

より好ましくは、ハウジング部材にはさらに、搭載された光学機器の外装板と直接接触して又は伝熱部材を介してハウジング部材の熱を前記外装板に伝える伝熱面を備える。前記ハウジング部材の前記撮像素子ブロックに対する伝熱面と前記外装板に対する伝熱面は、対向位置に設定することが好ましい。

前記筒状部の外周面と前記外装板との直接又は伝熱部材を介した接触面積の総和は、前記フランジ部と前記撮像素子ブロックとの直接又は伝熱部材を介した接触面積の総和よりも大きく設定することが好ましい。

前記ハウジング部材は、熱良導体の金属で形成するのが実際的である。また前記伝熱部材は、カーボン、カーボングラファイト、シリコン又はゲルで形成することができる。

本発明によれば、撮像素子ブロックを保持するハウジング部材が熱良導体で立体形状に形成され、立体形状の複数の面の伝熱面に直接接触して又は伝熱部材を介して撮像素子ブロックの熱が伝わるので、撮像素子ブロックとハウジング部材との間の熱伝達係数が大きくなり、撮像素子ブロックの熱が伝熱面を介してハウジング部材に迅速に伝わり、伝わった熱が素早くで拡散されるので、撮像素子ブロックを冷却する能力が高く、撮像素子ブロックの温度上昇が抑えられる。

本発明を適用したデジタル中判一眼レフカメラのカメラボディに係る実施形態を光軸で縦断した断面図である。 同カメラボディの実施形態を光軸で横断した横断面図である。 同カメラボディのマウントから撮像素子ハウジング、撮像素子ブロックまでの主要部材を分解して示した斜視図である。 同撮像素子ハウジングの背面図である。 同撮像素子ハウジングに、撮像素子ブロックを装着した背面図である。 図５の切断線VI−VIに沿う断面図である。

以下本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１、図２は、本発明を適用した中判デジタル一眼レフカメラのカメラボディの実施形態を、光軸で縦断、横断して主要部材を示した断面図である。この中判一眼レフカメラは、銀塩フィルムカメラにおけるブローニー版６４５タイプに相当する。

カメラボディ１０は、外観を構成する外装板１１の正面に、図示しない撮影レンズを着脱自在に支持するレンズマウント１３を備えている。このレンズマウント１３より後方のカメラボディ１０内に、設計上の光軸Ｏに沿って順に、メインミラー２０、シャッター装置３０及び撮像素子ブロック４０が配置されている。メインミラー２０の上方には、撮影レンズを通った被写体光束によって形成される被写体像を観察するファインダー装置が配置されている。ファインダー装置は、メインミラー２０で反射した被写体像が形成されるフォーカシングスクリーン２１、フォーカシングスクリーン２１に形成された被写体像を撮影者が正立像として観察するための、コンデンサレンズ２２、トラピゾイドプリズム２３及び接眼光学系２４を備えている。なお、接眼光学系２４のレンズ群は省略してある。

メインミラー２０は、ミラーボックス５０内に揺動自在に枢支され、フォーカシングスクリーン２１はミラーボックス５０の上部開口に配置され、シャッター装置３０はミラーボックス５０の後部開口に配置されている。ミラーボックス５０は、略直方体のフレームを基本構造体としていて、カメラボディ１０の基本構造体（フレーム）に取り付けられ、また、外装板（外装部材）１１等が取り付けられる。シャッター装置３０は縦走りフォーカルプレーンシャッターであって、通常、先幕によって撮像素子ブロック４０への光路を遮断している。また、メインミラー２０は、撮影レンズを通った被写体光束をフォーカシングスクリーン２１に向けて反射する観察位置と、フォーカシングスクリーン２１と対向する位置まで上昇して被写体光束を通過させる撮影位置とに揺動（アップダウン）する。

撮像素子ブロック４０は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサ等のチップがパッケージされた撮像素子４１と、撮像素子４１の前面に装着された、ローパスフィルター、赤外カットフィルターなどの光学フィルター４２と、撮像素子４１の背面に接着された取付板４３と、取付板４３の背面に装着された回路基板４４を備えている。撮像素子４１は通常、撮像素子チップがセラミック等のパッケージに封入されている。そしてこの撮像素子４１の背面に、取付板４３が接着されている。さらに取付板４３の背面には、スペーサを介して回路基板４４が装着されている。撮像素子４１の受光面４１ｂ側には、フォトダイオードがマトリクス状に多数配置されており、長方形状の撮像領域を形成している。ここで、受光面４１ｂの長辺と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸方向（左右方向）、短辺と平行な方向をＹ軸、Ｙ軸方向（上下方向）、受光面４１ｂの法線と平行な方向（光軸方向）をＺ軸、Ｚ軸方向とし、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交するものと定義する。なお、撮像素子４１の背面から信号ピン群４１ａが突出していて、これらの信号ピン群４１ａは、取付板４３の切り欠き領域を抜けて、回路基板４４に形成された信号ピン孔群４４ａに嵌る（図３、図５）。

この撮像素子ブロック４０は、背面視、取付板４３の外形の方が撮像素子４１の外形よりも大きく形成されていて、撮像素子４１の両側から外方にその受光面と平行に延出した部分が取付部４３ａを構成している（図２、図３）。そして撮像素子ブロック４０は、この取付部４３ａを介して撮像素子ハウジング６０に固定される。この取付板４３は通常、熱良導体であるアルミニウム合金などの金属で形成されている。取付部４３ａは、光軸方向前後の面が撮像素子ブロック４０の複数箇所に設けた受光面４１ａと平行な平行面となり、外周端面(側面）４３ｂが撮像素子ブロック４０の複数箇所に設けた受光面４１ａと直交方向の直交面になっている（図１、図３）。

撮像素子ハウジング６０は、撮像素子ブロック４０の周囲を囲み、光軸Ｏに沿う前後方向での二面が開放された箱形状の筒状部を有している。つまり撮像素子ハウジング６０は、撮像素子ブロック４０を囲む筒状部６１と、筒状部６１の内周面に、撮像素子ブロック４０が固定されるフランジ部６２が形成されている。筒状部６１は、背面から見て、略長方形に形成されていて、フランジ部６２は、筒状部６１の内周面に沿って突設され、後側の面が、撮像素子ハウジング６０がミラーボックス５０の後端部に取り付けられたときに光軸Ｏと直交する一面内に含まれるように形成されている。撮像素子ハウジング６０の筒状部６１の内周面は、撮像素子ブロック４０の複数箇所の直交面に対向する伝熱面となっている。撮像素子ハウジング６０のフランジ部６２は、その光軸方向前後面と内周端面が、撮像素子ブロック４０の複数箇所の平行面及び直交面と対向する伝熱面をなしている。

フランジ部６２の後側の面には複数の伝熱部材７１ａ乃至７１ｅが装着されている。撮像素子ブロック４０は、取付部４３ａがフランジ部６２に対向し、取付部４３ａが伝熱部材７１ａ乃至７１ｅに面接触してフランジ部６２とで挟圧するように撮像素子ハウジング６０に固定される。図４に撮像素子ハウジング６０の背面を示したように伝熱部材７１ａ乃至７１ｅは、左側部に２個の伝熱部材７１ａ、７１ｂ、右側部に３個の伝熱部材７１ｃ、７１ｄ、７１ｅが、それぞれの位置を異ならせて配置されている。これらの伝熱部材７１ａ乃至７１ｅと面接触する撮像素子ハウジング６０のエリアがそれぞれ伝熱面６０ａ乃至６０ｅになる。伝熱部材７１ａ乃至７１ｅは、例えば放熱シリコンゴムシートである。

撮像素子ハウジング６０の側面に位置する伝熱部材７１ａ乃至７１ｃはシート状に形成されていて、フランジ部６２から筒状部６１の内周面に張り付くように断面Ｌ字形状に折り曲げられて密着している。そして各伝熱部材７１ａ乃至７１ｃは、取付部（平行面）４３ａとフランジ部（伝熱面）６２とに面接触して挟圧されるとともに、取付部４３ａの外周端面(側面、直交面)４３ｂと筒状部６１の内周面（伝熱面）にも面接触する（図６）。伝熱部材７１ａ乃至７１ｃは、受光面４１ａと平行な平行面であるフランジ部６２の前面（伝熱面）と取付部４３ａの背面（平行面）とを接続し、受光面４１ａと直交方向の直交面（伝熱面）である筒状部６１の内周面と取付部４３ａの外周端面(側面、直交面)４３ｂとを接続している。撮像素子ハウジング６０の筒状部６１及びフランジ部６２が伝熱部材７１ａ乃至７１ｃと面接触するエリアは伝熱面６０ａ乃至６０ｃに含まれる。

撮像素子ハウジング６０の角部に位置する伝熱部材７１ｄ、７１ｅは、断面Ｌ字状のシート状に形成されていて、フランジ部６２と、筒状部６１の二つの内周面の計３つの面が交わる角部においてフランジ部６２及び上記二つの内周面に張り付くように折り曲げられて密着している。そして各伝熱部材７１ｄ、７１ｅは、取付部４３ａとフランジ部６２の対向面間に面接触して挟圧されるとともに、取付部４３ａの互いに接する側面（端面、直交面）４３ｂと筒状部６１の二つの内周面（伝熱面）とに接触する。これらの伝熱部材７１ｄ、７１ｅが接する撮像素子ハウジング６０のフランジ部６２及び筒状部６１の両内周面も伝熱面６０ｄ、６０ｅに含まれる（図６）。なお、伝熱部材７１ａ乃至７１ｅと接触する取付部４３ａの各面は、撮像素子４１の熱を伝熱部材７１ａ乃至７１ｅに伝える伝熱面でもある。

これらのフランジ部６２及び取付板４３の取付部４３ａには、撮像素子ハウジング６０と撮像素子ブロック４０とを位置決め固定するためのボス６２ａ及びボス穴４３ｃが３組形成されている。撮像素子ブロック４０は、各ボス穴４３ｃを対応するボス６２ａに嵌入させて、各ボス６２ａにねじ６３をねじ込んで、取付板４３とフランジ部６２との間に伝熱部材７１ａ乃至７１ｅを挟圧した状態で、撮像素子ハウジング６０に固定される。伝熱部材７１ａ乃至７１ｅは、弾性変形可能なスペーサとしての機能も発揮するので、撮像素子ブロック４０の光軸O方向の位置決めも容易に行える。

また、上記実施形態においては、フランジ部６２に沿って伝熱部材７１ａ乃至７１ｅを分散させた例となっているが、放熱効果をより向上させるべく、フランジ部６２及び筒状部６１の内周面との接触面積をより大きく稼ぐように、伝熱部材を適宜大型化したり、形状を変えたりしてもよい。

さらに撮像素子ハウジング６０には、その底面及び左右側面がカメラボディ１０の底面及び両側面に位置していて、伝熱部材７３を介してカメラボディ１０の外観を構成する外装板１１（外観部材）が取り付けられている。伝熱部材７３は、撮像素子ハウジング６０の筒状部６１の外周面である底面及び両側面に亘って装着されている。この実施形態では、筒状部６１において、接眼光学系２４が配置される上側の外周面である外上面６１Ｘａ（水平方向面）を除いた、連続する周囲３つの外周面、つまり、外上面６１Ｘから直交する方向に延びた両外側面６１Ｙ（垂直方向面）、両外側面６１Ｙの下端部から外上面６１Ｘと平行に延びた外底面６１Ｘｂが伝熱面６１ａになる。この連続する周囲３つの外周面（外底面６１Ｘｂ、外側面６１Ｙ）の伝熱面６１ａは、放熱の方向に偏りが生じず、また比較的平面部分を大きく設けることができる。さらに、筒状部６１は光軸Ｏ方向の寸法を比較的大きくとれるので、伝熱部材７３との接触面積を大きくすることができ、接触面積を大きくすることにより伝熱性の向上に寄与する。伝熱部材７３は、例えば放熱シリコンゴムシートであり、連続した一体物でなくてもよく、撮像素子ハウジング６０と外装板１１とに面接触する位置であれば分散させて設けてもよい。なお、伝熱部材７３は、筒状部６１と外装板１１とが直接接触できる面積が大きく出来る場合は、無くてもよい。

上記実施形態においては、接眼光学系２４の配置のため、形状が複雑となる筒状部６１上側のみは外装板１１を取り付けない構造としているが、もちろん、この部分に外装板１１が取り付けられる構成として、筒状部６１の全周囲に亘って、放熱性を高めるようにしてもよい。

また、撮像素子ハウジング６０の内周面の伝熱面６０ａ乃至６０ｅと外周面の伝熱面６１ａを互いに対向する位置、又は大部分を対向する位置に設定すると、取付部４３ａから外装板１１までの熱伝導経路が短くなる。この構成によれば、撮像素子４１の熱が素早く外装板１１に伝わるので、放熱、冷却効率が高くなる。図示実施例では伝熱面６０ｂ、６０ｅが伝熱面６１ａと対向して表裏の位置関係にある。

また、筒状部６１の３つの外周面（外底面６１Ｘｂ、外側面６１Ｙ）と外装板１１との接触面積（伝熱部材７３の接触面積の総和）は、取付部４３ａとフランジ部６２との接触面積（伝熱部材７１ａ乃至７１ｅの接触面積の総和）よりも大きく、熱源としての撮像素子４１の位置からカメラボディ１０の外装板１１までの経路で、伝熱機能を有する部材との接触面積が拡大しており、放熱性の向上に寄与している。

撮像素子ハウジング６０の外上面６１Ｘａの両肩部には、この外上面６１Ｘａから両外側面６１Ｙに沿って延びた、略Ｌ字型の位置調整板６５、６７が装着されている。各位置調整板６５、６７は、外上面６１Ｘａに沿ってＸ軸方向に延びた屈曲部が筒状部６１の外上面６１Ｘａにねじ止めされ、外側面６１Ｙに沿ってＹ軸方向に延びた部分が外側面６１Ｙにねじ止めされている。さらに各位置調整板６５、６７は、筒状部６１の外側面６１Ｙに形成された穴で屈曲して内方に進入し、その端部６５ａ、６７ａがフランジ部６２に沿って位置している。各位置調整板６５、６７の端部６５ａ、６７ａにはピン６５ｂ、６７ｂが後方に向かって突設されていて、各ピン６５ｂ、６７ｂに、取付板４３の取付部４３ａに形成されたピン穴４３ｄ、４３ｄが嵌合される。この位置調整板６５、６７と筒状部６１の外上面６１Ｘａ、外側面６１Ｙとの間にスペーサ（シム）を噛ませることで、位置調整板６５、６７を外側面６１Ｙ、外上面６１Ｘａに沿ってスライドさせて、撮像素子ブロック４０の撮像素子ハウジング６０に対する上下方向位置、左右方向位置及び光軸Ｏ回りの傾きを調整することができる。

以上の通り本発明の撮像素子のハウジング構造によれば、撮像素子４１をカメラボディに装着するための撮像素子ハウジング６０を接触面積が広く、熱容量が大きくなる箱形とし、比較的大きな平面で構成される内周面と外周面とを利用して、撮像素子４１と撮像素子ハウジング６０とを熱伝導率の高い複数の伝熱部材７１ａ乃至７１ｅを介して接続したので熱伝達係数が大きくなる。従って、撮像素子４１が発熱すると、その熱は複数の伝熱部材７１ａ乃至７１ｅを介して撮像素子ハウジング６０の伝熱面６０ａ乃至６０ｅに伝わり、撮像素子４１の温度上昇が緩和される。

さらに撮像素子ハウジング６０は、外周の伝熱面６０ｆが伝熱部材７３を介してカメラボディ１０の金属製の外装板１１に接続されている。従って、撮像素子ハウジング６０の熱が最短の経路で外装板１１に伝わり、外装板１１から環境に放出されるので、外装板１１及び撮像素子ハウジング６０の温度上昇が抑えられる。つまり、撮像素子４１を冷却する高い能力が発揮される。なお、外装板１１は熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等が好ましい。

撮像素子ハウジング６０及び取付板４３は、熱伝導率が高く、比重が小さく、比熱熱容量が大きい材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金で形成することが好ましい。また、伝熱部材７１ａ乃至７１ｅ、７３は、熱伝導率が高い、例えばカーボン、カーボングラファイト、シリコン又はゲルで形成するのが適している。伝熱部材７１ａ乃至７１ｅ、７３を柔軟なシリコン又はゲルで厚く形成すると、（位置調整板６５、６７による）撮像素子ブロック４０の位置、傾き調整用の遊びが確保されて、多少の製造誤差、設計変更を吸収できる。

本実施例では、撮像素子ハウジング６０と撮像素子ブロック４０の取付部４３ａ及び外装板１１との密着性を向上させるために伝熱部材７１ａ乃至７１ｅ、７３を使用したが、伝熱部材７１ａ乃至７１ｅ、７３を介在させずに直接、面接触する構造にしてもよいが、放熱効果を高めるためには取付部４３ａの端面４３ｂも撮像素子ハウジング６０と接触するように形成することが好ましい。さらに本実施例では、撮像素子ハウジング６０と撮像素子４１とは直接及び伝熱部材を介して接続していないが、これをいずれかの手段により接続するように形成してもよい。

以上、本発明を、発熱量の多い中判デジタル一眼レフカメラの撮像素子ハウジングに適用した実施形態を示したが、35mm版デジタル一眼レフカメラなどの光学機器一般に適用できる。

１０ カメラボディ
１１ 外装板
１３ レンズマウント
２０ メインミラー
３０ シャッター装置
４０ 撮像素子ブロック
４１ 撮像素子
４３ 取付板
４３ａ 取付部
５０ ミラーボックス
６０ 撮像素子ハウジング
６０ａ乃至６０ｅ 伝熱面
６１ 筒状部
６１ａ 伝熱面
６１Ｘａ 外上面
６１Ｘｂ 外底面
６１Ｙ 外側面
６２ フランジ部
７１ａ乃至７１ｅ 伝熱部材
７３ 伝熱部材

Claims (8)

1. 撮像素子及びその受光面と平行な方向に延出した取付部を有する撮像素子ブロックと、該撮像素子ブロックを保持して光学機器に装着されるハウジング部材とを有し、
   前記撮像素子ブロックの複数箇所に、前記受光面と平行な平行面及び前記受光面と直交する直交面を設けたこと；及び
   前記ハウジング部材を熱良導体によって形成し、かつ該ハウジング部材の複数箇所に、前記撮像素子ブロックの複数箇所の前記平行面及び直交面とそれぞれ直接又は伝熱部材を介して接触する、前記撮像素子ブロックの熱が伝達される伝熱面を設けたこと；
   を特徴とする撮像素子のハウジング構造。
2. 請求項１記載の撮像素子のハウジング構造において、前記ハウジング部材は、前記撮像素子ブロックの周囲を囲む筒状部を有し、該筒状部の内周面に、前記撮像素子ブロックの直交面と接触する前記伝熱面が形成されている撮像素子のハウジング構造。
3. 請求項２記載の撮像素子のハウジング構造において、前記ハウジング部材は、前記筒状部の内周面から突出する、前記伝熱面を有するフランジ部を有している撮像素子のハウジング構造。
4. 請求項３記載の撮像素子のハウジング構造において、前記ハウジング部材はさらに、装着された光学機器の外装板と直接又は伝熱部材を介して接触して、前記ハウジング部材の熱を前記外装板に伝える伝熱面を有する撮像素子のハウジング構造。
5. 請求項４記載の撮像素子のハウジング構造において、ハウジング部材の前記撮像素子ブロックに対する前記伝熱面と前記外装板に対する前記伝熱面は、対向位置に設定されている撮像素子のハウジング構造。
6. 請求項４又は５記載の撮像素子のハウジング構造において、前記筒状部の外周面と前記外装板との直接又は伝熱部材を介した接触面積の総和は、前記フランジ部と前記撮像素子ブロックとの直接又は伝熱部材を介した接触面積の総和よりも大きい撮像素子のハウジング構造。
7. 請求項１乃至６の何れか一項記載の撮像素子のハウジング構造において、前記ハウジング部材は、金属で形成されている撮像素子のハウジング構造。
8. 請求項１乃至７の何れか一項記載の撮像素子のハウジング構造において、前記伝熱部材は、カーボン、カーボングラファイト、シリコン、又はゲルで形成されている撮像素子のハウジング構造。

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