JP6732438B2

JP6732438B2 - 撮像装置

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Publication number: JP6732438B2
Application number: JP2015232105A
Authority: JP
Inventors: 慎一山下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP2017098891A

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

撮像装置として、例えば、特許文献１に記載の撮像装置が知られている。

特開２０１１−２５９１０１号公報

撮像装置の高画素化および高機能化への要求に伴って撮像素子および周辺回路の駆動によって放出される熱量は増加している。そのため、撮像装置は、更なる放熱性の向上が求められている。

本発明の一態様の撮像装置は、撮像光学系と、前記撮像光学系を介して結像される被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子が実装される第１回路基板と、前記第１回路基板に対向して設けられており、電子部品が実装される第２回路基板と、前記第１回路基板および前記第２回路基板に挟まれた金属プレートと、前記撮像光学系が被写体に対して露出する開口を有し、前記撮像光学系、前記撮像素子、前記第１回路基板、前記第２回路基板および前記金属プレートを内包して保持する筐体とを備えており、前記金属プレートが前記第１回路基板および前記第２回路基板よりも側方に張り出した第１部分を有しており、前記筐体の内壁に位置し、前記筐体の側面部から底面部まで延在する第１の伝熱部材を更に有しており、該第１の伝熱部材は、前記底面部において、前記側面部との境界から接続穴まで広がって位置していることを特徴とする。

本発明の一態様の撮像装置によれば、金属プレートが第１回路基板および第２回路基板よりも側方に張り出した第１部分を有していることにより、放熱性が向上している。

実施形態に係る撮像装置の車両内における設置場所を示す設置図である。図１の撮像装置を示す平面図である。図２に示した撮像装置をＡ−Ａ線で切った断面図である。撮像装置の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

まず、本実施形態に係る撮像装置について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置１０の車両１における搭載位置を示す配置図である。撮像装置１０は、例えば車載カメラである。また、車両１は、例えば自動車などの車両である。

図１に示すように、撮像光学系２０を有する撮像装置１０は、表示装置５０とともに、車両１に搭載される。本実施形態において、撮像装置１０は、例えば、後方の視界の周辺画像を撮像するために、車両１の後方外部に固定される。表示装置５０は、運転席から視認可能に設けられる。

撮像光学系２０は、車両１後方の被写体像を撮像装置１０内の撮像素子３１に結像させる。撮像装置１０は撮像素子３１を用いて被写体像を撮像して画像信号を生成する。また、撮像装置１０は信号接続部４０を介して画像信号を表示装置５０に出力する。表示装置５０は、信号接続部４０から取得する画像信号に応じた被写体像を表示する。

図２は、本実施形態に係る撮像装置１０の撮像光学系側の平面図を示す。また、図３は図２に示された撮像装置のＡ−Ａにおける断面図を示す。以下では、図３の撮像光学系２０の撮影光軸ＯＡに沿う方向で見て、撮像装置１０から被写体に向かう方向（撮影光軸ＯＡの矢印が指し示す方向）を「後」から「前」へ向かう方向として説明する。

撮像装置１０の構成について、図３の断面図を参照して詳細に説明する。撮像装置１０は、撮像光学系２０、撮像素子３１、第１回路基板３２、第２回路基板３３、筐体１１、第１の伝熱部材３７、第２の伝熱部材３８、信号接続部４０、挿入部材４３、および伝熱部４４を含んで構成される。

撮像光学系２０は、少なくとも１つの光学素子を有し、焦点距離および焦点深度等の所望の光学特性を満たすように設計され、形成される。本実施形態において、撮像光学系２０は筐体１１の保持孔１２ａに収容されている。抜止部材２２は、撮像光学系２０を後方へと押圧し、保持孔１２ａに挿入された撮像光学系２０が開口から脱落することを防止する。抜止部材２２は後端部にネジ溝が設けられていてもよい。なお、図３において撮像光学系２０の個別の光学素子の表示は省略しているが、撮像光学系２０は所望の光学特性に合わせてレンズ、絞り等の光学素子を備えて構成される。

撮像素子３１は、撮像光学系２０の後方に配置され、撮像光学系２０を介して受光面上に結像される被写体像を撮像して電気信号に変換して出力する。撮像素子３１としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等を用いることができる。撮像装置１０は、撮像素子３１からの電気信号に基づく画像信号を、後述する信号接続部４０によって筐体１１の外部に伝送する。画像信号は、撮像素子３１から出力された電気信号そのものであってもよいし、後述する電子部品によって必要な画像処理を施された信号であってもよい。

本実施形態の撮像装置１０は、第１回路基板３２および第２回路基板３３を備える。第１回路基板３２は、撮像光学系２０に対向する面に撮像素子３１を実装し、反対側の面に電子部品３２ａ、３２ｂを実装している。また、第２回路基板３３は、第１回路基板３２に対向する面に電子部品３３ａを実装している。

筐体１１は、撮像光学系２０が被写体に対して露出する開口を有し、当該開口において撮像光学系２０を保持し、撮像素子３１、第１回路基板３２および第２回路基板３３を内包して保持する。本実施形態において、筐体１１は前側ケース１２と後側ケース１３を有する。前側ケース１２は撮像光学系２０を構成する光学素子を所定の位置関係を規定するように保持する。後側ケース１３は撮像素子３１とともに第１回路基板３２および第２回路基板３３を内包して保持する。特に、後側ケース１３は、撮像素子３１を撮像光学系２０の結像位置で保持する。本実施形態において、前側ケース１２および後側ケース１３は、例えばゴム、樹脂等でできたパッキンＰを介在させた状態で結合されている。このとき、パッキンＰは密封シールとして機能し、撮像装置１０の筐体１１は密閉構造をなす。

第１の伝熱部材３７は、本実施形態において、第２回路基板３３から、撮像光学系２０から離れる方向に向かって延在するように、筐体１１のうち後側ケース１３の内壁に一体的に成型されている。第１の伝熱部材３７は、筐体１１の側面部から底面部まで延びてい
る。第１の伝熱部材３７には、撮像素子３１および電子部品３２ａ、３２ｂ、３３ａの少なくとも１つから発生する熱が、後述する第２の伝熱部材３８を介して伝えられる。第１の伝熱部材３７は、後述するように筐体１１において温度勾配をもち、側面部の薄肉部１３ａおよび底面部で放熱させる機能を有する。また、本実施形態に係る撮像装置１０の筐体１１について、第１の伝熱部材３７が一体的に成型されている部分は、第１の伝熱部材３７が一体的に成型されていない部分に比べて樹脂部材の厚みが薄い。つまり、筐体１１は、第１の伝熱部材３７の分だけ樹脂部材の厚みが薄くなった薄肉部１３ａを有する。

第２の伝熱部材３８は、撮像素子３１等から発生する熱を第１の伝熱部材３７に伝えるための部材である。本実施形態において、第２の伝熱部材３８は、伝熱用部材３８ａ、３８ｂおよび金属プレート３８ｃを含んで構成されている。伝熱用部材３８ａは、第１回路基板３２に実装されている電子部品３２ａ、３２ｂと金属プレート３８ｃとの間を接続する。伝熱用部材３８ａは、撮像素子３１および電子部品３２ａ、３２ｂから発生する熱を金属プレート３８ｃに伝える。伝熱用部材３８ｂは、第２回路基板３３に実装されている電子部品３３ａと金属プレート３８ｃとの間を接続する。伝熱用部材３８ｂは、電子部品３３ａから発生する熱を金属プレート３８ｃに伝える。金属プレート３８ｃは、伝熱用部材３８ａ、３８ｂからの熱を、近接する第１の伝熱部材３７に伝える。金属プレート３８ｃが第１の伝熱部材３７と直に接している場合には、更に効率的に第１の伝熱部材３７に熱を伝えることが可能である。本実施形態において、金属プレート３８ｃは内部伝熱部材３９にも熱を伝える。内部伝熱部材３９に伝わった熱は、さらに第１の伝熱部材３７に伝えられたり、後述するように複数の端子４１に伝えられたりする。

信号接続部４０は、伝熱性を有し、撮像素子３１が撮像した被写体像の画像信号を筐体１１の外部に伝送する。本実施形態において、信号接続部４０は複数の端子４１を含んで構成される。

挿入部材４３は、伝熱性を有し、筐体１１の外部から挿入されて、第１の伝熱部材３７の一部と接続する部材である。本実施形態において、挿入部材４３は撮像装置１０の後方の底面部から挿入されて第１の伝熱部材３７と接している。挿入部材４３は、底面部から挿入に代えて（または加えて）、撮像装置１０の側面部の薄肉部１３ａに挿入されてもよい。挿入部材４３の数および挿入場所は任意であり、所望する撮像装置１０の放熱効果を得るための調整用部材として使用され得る。また、挿入部材４３は、第１の伝熱部材３７に対して挿入（例えばねじ止め等）されていてもよい。例えば挿入部材４３として撮像装置１０の車両１への取り付けねじを使用してもよく、この取り付けねじを介して撮像装置１０から車両１への放熱（伝熱）が生じる。なお、挿入部材４３を備える場合は、筐体１１の密閉性が失われないように、挿入部材４３の周囲を封止する構造（例えばパッキン、接着剤等で封止する構造）であることが好ましい。

伝熱部４４は、伝熱性および絶縁性を有し、複数の端子４１と接続し、撮像素子３１等から発生する熱を複数の端子４１に伝熱する。伝熱部４４は絶縁性を有するため、複数の端子４１と接続されても例えば短絡等の問題を生じない。本実施形態において、伝熱部４４は内部伝熱部材３９および封止部材４２である。

ここで、内部伝熱部材３９は、伝熱性および絶縁性を有し、筐体１１の内部に設けられて複数の端子４１と接続する。本実施形態において、内部伝熱部材３９は、第２の伝熱部材３８を介して受け取った撮像素子３１等からの熱を複数の端子４１に伝熱する。

封止部材４２は、信号接続部４０と筐体１１との間を封止する部材である。本実施形態において、封止部材４２は、伝熱性および絶縁性を有し、筐体１１の底面部で外部に露出する第１の伝熱部材３７の一部と接続する。また、封止部材４２は、複数の端子４１と接
続し、撮像素子３１等から発生する熱を複数の端子４１に伝熱する。封止部材４２は、絶縁性を有するため、複数の端子４１と接続されても例えば短絡等の問題を生じない。

撮像装置１０は、絶縁性を有し、撮像素子３１等から発生する熱を複数の端子４１と接続する伝熱部４４を有するので、第１の伝熱部材３７に伝わった筐体１１の内部の熱を外部へと放熱することが可能である。一般に撮像装置の端子は、伝熱性の高い金属製であることが多い。そのため、伝熱性の高い端子４１を複数利用して筐体１１の内部の熱を外部へ放熱することで、撮像装置１０は、放熱の効果を一層高められる。

また、撮像装置１０は、伝熱部４４に熱を伝える第１の伝熱部材３７を筐体１１の内壁に一体的に成型するので、筐体１１の内部で温度勾配を発生させることができる。そのため、撮像光学系２０への蓄熱が効果的に抑制され、温度上昇による撮像光学系２０の性能低下を抑えることができる。

ここで、本実施形態においては、第１の伝熱部材３７は金属製であり、例えばアルミ、銅等を用いることができるが、これらに限定されない。本実施形態においては、一体的な成型として、金属と樹脂とを一体化するインサート成型が実行される。ここで、第１の伝熱部材３７は、筐体１１の樹脂部材よりも伝熱性がよければ金属製に限定されない。つまり、第１の伝熱部材３７の材料として、筐体１１の樹脂部材よりも伝熱性がよい樹脂が用いられてもよい。このとき、一体的な成型として、種類の異なる樹脂を一体化する二色成型が実行される。つまり、一体的な成型とは、伝熱性の異なる材料が一体的に成型されることを意味し、インサート成型だけでなく二色成型といった手法も含まれる。

また、本実施形態においては、伝熱用部材３８ａ、３８ｂはシート状の部材から成るが、これに限られない。例えば、伝熱用部材３８ａ、３８ｂとしてジェル状の部材を用いてもよい。

また、撮像装置１０は、伝熱部４４が複数の端子４１へ熱を伝える機能を有する封止部材４２を有するので、筐体１１の内部から外部への放熱効果を一層高める。また、封止部材４２は、筐体１１の外部から設けることができ、加工も容易である。なお、封止部材４２の材料としては、例えばシリコーン、エポキシ等の樹脂を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

ここで、封止部材４２との接続のために、筐体１１に第１の伝熱部材３７を外部に露出させるための穴（以下、接続穴）が必要である。本実施形態においては、一体的な成型としてインサート成型がおこなわれ、成型中に金属製の第１の伝熱部材３７を固定するための穴が設けられる。この成型に必要な穴を接続穴として利用できるため、本実施形態においては、別途接続穴を用意する必要はなく、撮像装置１０の製造の工程が増加することもない。

また、撮像装置１０は、伝熱部４４が内部伝熱部材３９を有するので、第１の伝熱部材３７および第２の伝熱部材３８に伝わった筐体１１の内部の熱を複数の端子４１に熱を伝え、放熱の効果をより一層高めることができる。なお、内部伝熱部材３９は、例えばシリコーン製の伝熱部材または伝熱ポッティング等によって実現できるが、これらに限定されるものではない。

また、撮像装置１０の筐体１１は密閉構造をなす。このとき、撮像装置１０は、結合箇所における防水機能や防塵機能（封止性能ともいう）を有する。さらに、本実施形態の撮像装置１０では、撮像素子３１が撮像光学系２０の結像位置に配置されたうえで、一体的にパッケージされるため、両者間の位置関係等を使用者側で調整することが不要となり、
安定した光学性能、画像品質を提供することができる。

また、撮像装置１０は、熱を内部伝熱部材３９および第１の伝熱部材３７に伝える第２の伝熱部材３８を備える。第２の伝熱部材３８の存在によって、熱源である撮像素子３１、電子部品３２ａ、３２ｂ、３３ａから効率的にかつ確実に熱を内部伝熱部材３９および第１の伝熱部材３７に伝えることができる。ここで、本実施形態において、伝熱用部材３８ａ、３８ｂはシリコーン製である。また、金属プレート３８ｃは、伝熱用部材３８ａ、３８ｂに比べて、より離れた場所に熱を伝えるため金属製である。金属プレート３８ｃの金属としては、例えばアルミ、洋白、銅等が使用できる。本実施形態のように、第２の伝熱部材３８は、伝熱する距離に応じて異なる伝熱性を有する部材を組み合わせて構成されてもよい。

また、撮像装置１０は、第１の伝熱部材３７が一体的に成型されている部分に薄肉部１３ａを有している。薄肉部１３ａは樹脂部材の厚みが薄くなっているため、その他の部分と比べると放熱性が高い。撮像素子３１等からの熱を集めた第１の伝熱部材３７は、放熱性が比較的高い薄肉部１３ａから熱を筐体１１の外部へと放出することができる。そのため、撮像装置１０は、筐体１１の内部の温度上昇を抑制し、撮像光学系２０の性能が低下しないようにできる。ここで、撮像装置１０で樹脂部材の厚みが薄くなっているのは、薄肉部１３ａだけである。撮像装置１０は、前側ケース１２および後側ケース１３の結合部で防水用のパッキンＰを設けるために必要な樹脂部材の厚みを確保しており、防水性を保つことが可能である。また、薄肉部１３ａを設けることで、第１の伝熱部材３７が一体的に成型されている部分が厚くなることを回避できる。そのため、第１の伝熱部材３７の体積の分だけ筐体１１の内部の空間が狭くなるといった事態を回避でき、特に小型の撮像装置１０に適している。

また、本実施形態においては、撮像装置１０の筐体１１の内壁に、第１の伝熱部材３７が、第２回路基板３３から撮像光学系２０から離れる方向（すなわち、後の方向）に向かって延在するので、撮像素子３１および電子部品３２ａ、３２ｂ、３３ａの少なくとも１つから発生する熱を集めて、筐体１１の内部で温度勾配を発生させることができる。そのため、撮像光学系２０への蓄熱が効果的に抑制され、温度上昇による撮像光学系２０の性能低下を抑えることができる。

ここで、本実施形態の撮像装置１０の筐体１１は樹脂部材である。仮に、筐体１１の全体の材料を樹脂でなく金属とする場合、樹脂に比べて放熱性が高まるので温度上昇による撮像光学系２０の性能低下が抑えられる可能性がある。しかし、樹脂と同程度の防水性を保つことは難しくなる。本実施形態の撮像装置１０は、筐体１１に樹脂部材を用いることができ、防水性を保つことが可能である。

また、撮像装置１０は、伝熱性および絶縁性を有し、筐体１１の外部に露出する第１の伝熱部材３７の一部および複数の端子４１と接続する封止部材４２を有するので、第１の伝熱部材３７に伝わった筐体１１の内部の熱を外部へと放熱することが可能である。したがって、撮像装置１０は、放熱効果を高めることができる。封止部材４２は、複数の端子４１へ熱を伝える機能も有し、筐体１１の内部から外部への放熱効果を一層高める。一般に撮像装置の端子は、伝熱性の高い金属製であることが多い。そのため、伝熱性の高い端子を複数利用して筐体の内部の熱を外部へ放熱することで、放熱の効果を一層高められる。

また、撮像装置１０は、挿入部材４３を有するので、第１の伝熱部材３７に伝わった筐体１１の内部の熱がさらに外部へと放熱される。撮像装置１０は、挿入部材４３の存在によって放熱の効果をさらに高めることが可能である。挿入部材４３は伝熱性を有するもの
であればよく、例えば金属製のネジ等が用いられてもよい。

本実施形態の撮像装置１０は、撮像光学系２２と、撮像光学系２２を介して結像される被写体像を撮像する撮像素子３１と、撮像素子３１が実装される第１回路基板３２と、第１回路基板３２に対向して設けられており、電子部品３３ａが実装される第２回路基板３３と、第１回路基板３２および第２回路基板３３に挟まれた金属プレート３８ｃと、撮像光学系２０が被写体に対して露出する開口を有し、撮像光学系２０、撮像素子３１、第１回路基板３２、第２回路基板３３および金属プレート３８ｃを内包して保持する筐体１１とを備えている。そして、金属プレート３８ｃが第１回路基板３２および第２回路基板３３よりも側方に張り出した第１部分３８１を有している。これにより、第１回路基板３２および第２回路基板３３から伝わった熱を側方に逃がしやすくなるので、撮像装置１０の放熱性を高めることができる。

このとき、金属プレート３８ｃと第１回路基板３２との間および金属プレート３８ｃと第２回路基板３３との間の少なくとも一方に、弾性材料から成る伝熱用部材３８ａ、３８ｂが設けられていることにより、第１回路基板３２と金属プレート３８ｃとの間、および、第２回路基板３３と金属プレート３８ｃとの間で熱を伝えやすくできる。その結果、撮像装置１０の放熱性をさらに高めることができる。

また、金属プレート３８ｃが、第１部分３８１から第１回路基板３２または第２回路基板３３の厚み方向に伸びる第２部分３８２および第２部分３８２から第１回路基板３２または第２回路基板３３側に伸びる第３部分３８３を有するとともに、第３部分３８３が第１回路基板３２または第２回路基板３３を押圧していてもよい。第３部分３８３が第１回路基板３２または第２回路基板３３を押圧していることによって、金属プレート３８ｃと第１回路基板３２との密着性、または、金属プレート３８ｃと第２回路基板３３との密着性を向上させることができるので、放熱性をさらに向上できる。また、押圧によって金属プレート３８ｃと第２回路基板３３の密着性を向上していることによって、例えば、接合材を用いて密着性を向上させた場合と比較して、熱応力の発生を低減できるのでヒートサイクル下における長期信頼性も向上できる。

なお、第３部分３８３は、第１回路基板３２または第２回路基板３３に接していてもよいし、図３に示すように、間に電子部品３３ａ等を介して押圧していてもよい。

また、図４に示すように、第３部分３８３が、第１回路基板側３２または第２回路基板３３側に突出する突出部３８４を有していてもよい。これにより、第１回路基板３２または第２回路基板３３が熱膨張したときに、第３部分３８３との間で摩擦によって生じる応力を低減できる。これにより、撮像装置１０の長期信頼性を向上できる。図４に示すように、突出部３８４は、第３部分３８３を折り曲げることによって形成することができる。また、突出部３８４は、例えば、第３部分３８３の表面に突起部を設けることによって形成されていてもよい。

また、複数の第２部分３８２が第１回路基板３２または第２回路基板３３を挟んでいてもよい。これにより、振動環境下において、ｍ金属プレート３８ｃと第１回路基板３２または金属プレート３８ｃと第２回路基板３３との位置関係にずれが生じてしまうことを抑制できる。

１車両
１０撮像装置
１１筐体
１２前側ケース
１２ａ保持孔
１３後側ケース
１３ａ薄肉部
２０撮像光学系
２２抜止部材
３１撮像素子
３２第１回路基板
３２ａ、３２ｂ電子部品
３３第２回路基板
３３ａ電子部品
３７第１の伝熱部材
３８第２の伝熱部材
３８ａ、３８ｂ伝熱用部材
３８ｃ金属プレート
３９内部伝熱部材
４０信号接続部
４１端子
４２封止部材
４３挿入部材
４４伝熱部
５０表示装置

Claims

撮像光学系と、
前記撮像光学系を介して結像される被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子が実装される第１回路基板と、
前記第１回路基板に対向して設けられており、電子部品が実装される第２回路基板と、
前記第１回路基板および前記第２回路基板に挟まれた金属プレートと、
前記撮像光学系が被写体に対して露出する開口を有し、前記撮像光学系、前記撮像素子、前記第１回路基板、前記第２回路基板および前記金属プレートを内包して保持する筐体とを備えており、
前記金属プレートが前記第１回路基板および前記第２回路基板よりも側方に張り出した第１部分を有しており、
前記筐体の内壁に位置し、前記筐体の側面部から底面部まで延在する第１の伝熱部材を更に有しており、
該第１の伝熱部材は、前記底面部において、前記側面部との境界から接続穴まで広がって位置していることを特徴とする撮像装置。
前記金属プレートと前記第１回路基板との間および前記金属プレートと前記第２回路基板との間の少なくとも一方に、弾性材料から成る伝熱用部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記金属プレートが、前記第１部分から前記第１回路基板または前記第２回路基板の厚み方向に伸びる第２部分および前記第２部分から前記第１回路基板または前記第２回路基板側に伸びる第３部分を有するとともに、前記第３部分が前記第１回路基板または前記第２回路基板を押圧していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記第３部分が、前記第１回路基板側または前記第２回路基板側に突出する突出部を有していることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記金属プレートが、前記第１部分を２つ以上有しているとともに、それぞれの前記第１部分から前記第１回路基板または前記第２回路基板の厚み方向に伸びる第２部分をそれぞれ有しているとともに、複数の前記第２部分が前記第１回路基板または前記第２回路基板を挟んでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。