JP7102227B2

JP7102227B2 - 撮像装置

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Publication number: JP7102227B2
Application number: JP2018096455A
Authority: JP
Inventors: 翼仲谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: JP2019201386A

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

撮像素子の温度が上昇すると不要なノイズ成分が出力信号に重畳し、画質劣化を引き起こすため、撮像素子を備えた撮像装置では撮像素子を冷却する必要がある。特許文献１に記載されているように撮像素子と装置筐体を放熱部材で機械的に接続することで、熱伝導によって撮像素子で発生した熱を筐体表面から外気に放出するものがある。この方式は簡単な構造でコスト的にも有利であることから、広く用いられている。

また、特許文献２に記載されているように撮像素子周辺に空気流路を形成し、強制空冷によって冷却する方法も提案されている。より高い冷却効果が見込めること、装置筐体が熱くなるのを回避できること等、熱伝導による冷却手段と比較して有利な点も多い。

特開２００５－３５４６３７号公報特開２００９－３３７１８号公報

撮像素子は駆動される際に発熱し、撮像素子が実装された基板における駆動回路が設けられた部分は、発熱量も大きくヒートスポットが形成される可能性がある。また、撮影環境に熱源があった場合、撮像素子が片側から熱せられることとなり、撮像素子内の温度が均一でなくなってしまう可能性がある。

撮像素子の撮像面内に温度勾配が生じると、撮影画像内にノイズの多い箇所と少ない箇所が混在することとなり、画質の劣化がより顕著になると共に、画面にノイズムラが生じてしまう。そのため、ノイズリダクションなどの画像処理による補正が困難となってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、撮像素子と、前記撮像素子が正面側に実装された基板と、前記基板の背面側に前記撮像素子で発生した熱を放熱するために設けられた放熱部と、前記基板の前記背面側における前記放熱部を取り囲む複数箇所に設けられ、前記複数箇所における温度情報を取得する複数の温度情報取得手段と、前記基板の前記背面側における前記放熱部の周辺部の複数箇所に設けられ、前記放熱部を冷却する複数の冷却手段と、前記複数の冷却手段を介して前記放熱部の周辺部と熱的に接続されるとともに伝熱部材を介して前記放熱部の中央部と熱的に接続され、強制空冷ファンによって吸気されて前記放熱部からの伝熱により暖められた空気を外部に排出するように導くダクトと、前記複数の温度情報取得手段が取得した温度情報に基づいて、前記強制空冷ファンおよび前記複数の冷却手段を駆動することにより前記放熱部を介して前記基板を冷却するように制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記複数の温度情報取得手段が取得した温度情報が示す温度が相対的に高い箇所に近い位置に配置された前記冷却手段を駆動することにより、前記放熱部を介して前記基板を選択的に冷却するように制御することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の撮像面内に温度勾配が生じた場合であっても、撮像面内の温度を均一にすることができる。

撮像装置を正面側から見た外観斜視図。撮像装置を背面側から見た外観斜視図。撮像装置のブロック図。撮像装置を正面側から見た分解斜視図。撮像装置を正面側から見た分解斜視図。フロントユニットを正面側から見た分解斜視図。フロントユニットを正面側から見た分解斜視図。リアユニットを正面側から見た分解斜視図。リアユニットを背面側から見た分解斜視図。撮像装置を上面側から見た光軸を通る断面図。図１０の部分拡大図。ペルチェ素子の駆動制御のフローチャート。

本発明の好適な一実施形態として撮像装置に適用した例について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の撮像装置において、被写体側から見た面を正面、正面と対向する面を背面、正面から見て右側の面を右側面、正面から見て左側の面を左側面と称する。

また、正面から見て上側の面を上面、正面から見て下側の面を下面と称する。なお、本発明に関連する部分を中心に説明を行い、直接関連しない部分に関しては不図示とし説明を省略する。

まず、図１乃至図３を参照して、実施例における撮像装置１０００について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る撮像装置１０００を正面側からみた外観斜視図であり、図２は、背面側からみた外観斜視図である。なお、本実施例では、撮像装置として、レンズ着脱式のカメラを例示するが、これに限定されない。

撮像装置１０００は、正面にはレンズを装着するための、レンズマウント部１１１０が配置される。右側面側には強制空冷に用いる本体排気口１３３０が配置されており、左側面には強制空冷に用いる本体吸気口１３２０が配置されている。背面には電源スイッチ、記録開始スイッチ等の操作部１２２０やＤＣ端子１２３１等の外部インターフェースなどが配置されている。

図３は、本実施例に係る撮像装置１０００の構成を示すブロック図である。

撮像装置１０００は、レンズマウント部１１１０、操作部１２２０、センサ部１１３０、本体制御部１６００、記録メモリ１６１０、強制空冷ファン１２４０、ペルチェ素子１１３３、電源部１２３０等からなる。

レンズマウント部１１１０にはレンズ２０００が装着され、レンズ２０００に入射した被写体光は、センサ部１１３０の撮像素子１１３５に結像して光電変換される。

操作部１２２０には、撮影者が操作する記録開始スイッチや電源スイッチなどが含まれる。操作部１２２０が撮影者により操作されると、その情報は本体制御部１６００へ伝達され、本体制御部１６００はこの操作情報を元に記録開始等の撮影制御を行う。

本体制御部１６００は、画像・音声データの入出力、圧縮・変換等の画像処理、記録・再生等の録再処理等に代表される情報処理を行う。撮像素子１１３５から本体制御部１６００に画像データが出力されると、本体制御部１６００は、この画像データに対して画像処理等の情報処理を行う。

撮影画像を記録する場合は、本体制御部１６００が記録メモリ１６１０へ画像データを伝達し撮影画像を記録させる。

センサ部１１３０の温度検知部１１３４が検知したセンサ部１１３０の温度情報は、本体制御部１６００へ伝達される。そして、本体制御部１６００は、温度検知部（温度情報取得部）１１３４が取得した温度情報に基づき、強制空冷ファン１２４０や、ペルチェ素子１１３３の駆動制御を行う。

電源部１２３０は、ＤＣ端子１２３１等を含む。ＤＣ端子は、外部電源ケーブルを介して外部電源より電力を得ることが可能である。電源部１２３０で得られる電力は、本体制御部１６００へ電送され、本体制御部１６００により各駆動要素に適した電圧に変換された後、各駆動要素の電源として各駆動要素へ電送される。

次に、図４乃至図５を参照して、撮像装置１０００の構成について説明する。

図４は、本発明の実施例に係る撮像装置１０００を正面側からみた分解斜視図であり、図５は、背面側からみた分解斜視図である。

撮像装置１０００は、フロントユニット１１００、リアユニット１２００、トップユニット１３００、ボトムユニット１４００からなる。

フロントユニット１１００は、正面側の外観カバーであるフロントカバー１１２０や、レンズマウント部１１１０、センサ部１１３０等を有するユニットであり、詳細は後述する。

リアユニット１２００は、背面側の外観カバーであるリアカバー１２１０や、強制空冷ファン１２４０、ダクトユニット１２５０等を有するユニットであり、詳細は後述する。

トップユニット１３００は、上面側の外観カバーであるトップカバー１３１０、本体吸気口１３２０、本体排気口１３３０等を有する。

ボトムユニット１４００は、下面側の外観カバーからなる。

また、フロントユニット１１００とリアユニット１２００とは、伝熱ゴム１５００、１５０１ａ、１５０１ｂ、１５０１ｃ、１５０１ｄを介して接続されている。詳細は後述する。

次に、図６乃至図７を参照して、フロントユニット１１００の構成について説明する。

図６は、フロントユニット１１００を正面側からみた分解斜視図であり、図７は、背面側からみた分解斜視図である。

フロントユニット１１００は、フロントカバーユニット１１４０の背面にセンサ部１１３０が取り付けられることで構成されている。フロントカバーユニット１１４０は、レンズマウント部１１１０、フロントカバー１１２０等から構成されている。

センサ基板１１３２の正面側の面に撮像素子１１３５が実装され、さらに背面側の面（撮像素子１１３５が実装される面と反対側の面）には銅箔露出部１１３１が設けられている。

銅箔露出部１１３１は、センサ基板１１３２を覆うレジスト等の保護層を剥離して基板内部の銅箔を露出させたものである。この銅箔露出部１１３１には、撮像素子１１３５が発熱した際、撮像素子１１３５からダイレクトに伝熱し、撮像素子１１３５の温度上昇に伴って銅箔露出部１１３１も発熱する。銅箔露出部１１３１は、放熱部の一例に相当する。

また、銅箔露出部１１３１には、ペルチェ素子１１３３ａ、１１３３ｂ、１１３３ｃ、１１３３ｄが不図示の熱伝導両面テープ等によって、吸熱側を正面向きに銅箔露出部１１３１に対して配置固定されている。

これらのペルチェ素子１１３３は、後述するメイン基板１２７１と不図示のワイヤによって接続されており、本体制御部１６００によって駆動制御されている。

ペルチェ素子１１３３に電源供給を行って通電すると、ペルチェ効果によって吸熱側で吸熱し、発熱側で発熱し、且つ出力調整可能となっている。このため、これらのペルチェ素子１１３３を駆動することでセンサ基板１１３２から吸熱を行うことが出来る。

また、センサ基板１１３２の背面には、温度検知部１１３４ａ、１１３４ｂ、１１３４ｃ、１１３４ｄが配置されている。これら複数の温度検知部１１３４は、センサ基板１１３２の複数箇所にそれぞれ実装されており、センサ基板１１３２は、後述するメイン基板１２７１と不図示のワイヤによって接続されている。

そのため、温度検知部１１３４で取得した温度情報は本体制御部１６００へ伝達され、本体制御部１６００は、この温度情報を元に複数の温度検知部１１３４が取得した温度情報が示す温度が相対的に高い温度検知部１１３４を選別する。

本体制御部１６００は、センサ基板１１３２の複数箇所にそれぞれ配置された複数のペルチェ素子１１３３の中から、相対的に高い温度を示す温度情報を出力する温度検知部１１３４に最も近い位置に配置されているペルチェ素子１１３３を選択的に駆動制御する。

例えば、温度検知部１１３４ａと温度検知部１１３４ｂが取得した温度情報が示す温度が相対的に高かった場合、本体制御部１６００はペルチェ素子１１３３ａとペルチェ素子１１３３ｂを駆動させる。

次に、図８乃至図９を参照して、リアユニット１２００の構成について説明する。

図８は、リアユニット１２００を正面側からみた分解斜視図であり、図９は、背面側からみた分解斜視図である。

リアユニット１２００は、リアカバー１２１０、サブ基板ユニット１２６０、メイン基板ユニット１２７０、強制空冷ファン１２４０、ダクトユニット１２５０から構成されている。リアカバー１２１０は、背面側の外観カバーである。

サブ基板ユニット１２６０には、サブ基板１２６１が配置されている。サブ基板１２６１は、操作部１２２０や外部インターフェース、各外部入出力に最適な映像フォーマットの変換を行うバックエンドＩＣ（不図示）や、フォーマット変換ＩＣ（不図示）等が実装されている。

メイン基板ユニット１２７０には、メイン基板１２７１が配置されている。メイン基板１２７１は、全ての電子デバイスと電気的に接続されるために多くのＩＣが実装され、撮像装置１０００内で最も面積が大きい基板である。すなわち、センサ部１１３０からの信号を処理するためのフロントエンドＩＣや、映像に対して色調整などの処理を行うための映像処理ＩＣ等が実装されている。

サブ基板１２６１とメイン基板１２７１は、図３に示したブロック図で説明した、本体制御部１６００を構成している。

強制空冷ファン１２４０は、メイン基板１２７１とワイヤ接続されており、本体制御部１６００によって駆動制御される。強制空冷ファン１２４０の内部には、メイン基板１２７１と電気的に接続されているモータ部（不図示）が保持されており、羽根を回転させることにより圧力差を生み出し空気を送っている。また、強制空冷ファン１２４０には、ホール素子（不図示）、羽根に磁石（不図示）が備えられ、羽根の回転数を検知しフィードバック制御する手段を備えている。

以上の構成により、強制空冷ファン１２４０は、空気を吸込側１２４１から吸気し、吐出側１２４２から排出する機能を持ち、かつ回転数を制御可能となっている。また、吸込側１２４１は、本体吸気口１３２０とつながっており、撮像装置１０００の外部から吸気することが出来る。

ダクトユニット１２５０は、吸気部１２５１と排気部１２５２とを有する。吸気部１２５１は、撮像装置１０００の左側面に設けられた本体吸気口１３２０とつながっており、撮像装置１０００の外部からの空気をダクトユニット１２５０の内部に送出する。

ダクトユニット１２５０の内部には、不図示のフィンが形成されており、空気と熱交換を行う。排気部１２５２は、強制空冷ファン１２４０の吸込側１２４１とつながっている。

さらに、強制空冷ファン１２４０の吐出側１２４２は、撮像装置１０００の左側面に設けられた本体排気口１３３０とつながっており、熱交換により温められた空気を撮像装置１０００から排出する。

次に、図１０乃至図１１を参照して、センサ部１１３０の冷却方法について説明する。

図１０は、撮像装置１０００を上側面から見た光軸を通る断面図であり、図１１は、図１０のセンサ部１１３０周辺の拡大図である。

矢印１９０１、１９０２、１９０３は熱の移動を示しており、点線矢印１９０４は強制空冷ファン１２４０を駆動した際の空気の流れを示している。

図４、図５でも説明したように、フロントユニット１１００とリアユニット１２００は伝熱ゴム１５００、１５０１ａ、１５０１ｂ、１５０１ｃ、１５０１ｄを介して接続されている。

撮像装置１０００の正面側において、伝熱ゴム１５００はセンサ基板１１３２の銅箔露出部１１３１（不図示）の中央部と接触している。また、撮像装置１０００の背面側において、伝熱ゴム１５００はダクトユニット１２５０と接触している。

このような構成により、矢印１９０１のように、センサ部１１３０で発生した熱は、伝熱ゴム１５００を介してダクトユニット１２５０に伝達される。すなわち、センサ基板１１３２とダクトユニット１２５０とは熱的に接続される。

撮像装置１０００の正面側において、ペルチェ素子１１３３ａ～１１３３ｄの吸熱側はセンサ基板１１３２の銅箔露出部１１３１の周辺部と接触している。また、ペルチェ素子１１３３ａ～１１３３ｄの発熱側は伝熱ゴム１５０１ａ～１５０１ｄとそれぞれ接触している。さらに、撮像装置１０００の背面側において、伝熱ゴム１５０１ａ～１５０１ｄはダクトユニット１２５０と接触している。

このような構成において、ペルチェ素子１１３３ａ～１１３３ｄをそれぞれ駆動する。そして、矢印１９０２、１９０３のように、センサ基板１１３２で発生した熱は、ペルチェ素子１１３３ａ～１１３３ｄおよび伝熱ゴム１５０１ａ～１５０１ｄを介してダクトユニット１２５０に伝達される。すなわち、センサ基板１１３２とダクトユニット１２５０とは熱的に接続される。

図８、図９でも説明したように、ダクトユニット１２５０に伝えられた熱は、強制空冷ファン１２４０を駆動することで生じる点線矢印１９０４のような空気の流れと共に撮像装置１０００から排出することが出来る。

以上のような構成によって、センサ部１１３０で発生した熱を撮像装置１０００から効率的に排出することが可能となる。

さらに、図６、図７で説明したように、相対的に温度が高いと判断がなされた箇所に近い位置に配置されたペルチェ素子１１３３のみを駆動する構成であるため、効率的な冷却によって、均一な温度に導くことができる。

次に、図１２は、本体制御部１６００がペルチェ素子１１３３ａの駆動制御を行う際のフローチャートである。

本体制御部１６００が、センサ基板１１３２の複数箇所に配置された温度検知部１１３４ａ～１１３４ｄの中から相対的に高い温度を示す温度情報を取得した温度検知部１１３４を選別し、ペルチェ素子１１３３の駆動制御を行う具体例を説明する。

ペルチェ素子１１３３ａから最も近い温度検知部１１３４である温度検知部１１３４ａが取得した温度情報が示す温度をＴａ、温度検知部１１３４ｂが取得した温度情報が示す温度をＴｂとする。また、温度検知部１１３４ｃが取得した温度情報が示す温度をＴｃ、温度検知部１１３４ｄが取得した温度情報が示す温度をＴｄとする。Ｔ１は温度勾配の許容度によって設定可能な定数であり、この定数Ｔ１を小さく設定することで、温度勾配を厳しくコントロールすることが可能となる。

まず、本体制御部１６００は、温度検知部１１３４ａが取得した温度情報が示す温度Ｔａが、温度検知部１１３４ｂが取得した温度情報が示す温度Ｔｂよりも温度Ｔ１以上高いかどうかを判断する（Ｓ１０１）。

温度Ｔａが温度Ｔｂよりも温度Ｔ１以上高い場合、ペルチェ素子１１３３ａを駆動する（Ｓ１０４）。

温度Ｔａが温度Ｔｂよりも温度Ｔ１以上高くない場合、本体制御部１６００は、温度Ｔａが温度検知部１１３４ｃが取得した温度情報が示す温度Ｔｃよりも温度Ｔ１以上高いかどうかを判断する（Ｓ１０２）。

温度Ｔａが温度Ｔｃよりも温度Ｔ１以上高い場合、ペルチェ素子１１３３ａを駆動する（Ｓ１０４）。

温度Ｔａが温度Ｔｃよりも温度Ｔ１以上高くない場合、本体制御部１６００は、温度Ｔａが温度検知部１１３４ｄが取得した温度情報が示す温度Ｔｄよりも温度Ｔ１以上高いかどうかを判断する（Ｓ１０３）。

温度Ｔａが温度Ｔｄよりも温度Ｔ１以上高い場合、ペルチェ素子１１３３ａを駆動する（Ｓ１０４）。

温度Ｔａが温度Ｔｃよりも温度Ｔ１以上高くない場合、本体制御部１６００は、ペルチェ素子１１３３ａを非駆動とする（Ｓ１０５）。

以上のようなＳ１０１からＳ１０５の処理を続行するかどうかを判断し（Ｓ１０６）、続行する場合にはＳ１０１に戻り、続行しない場合には処理を終了する。

また、同じような制御をペルチェ素子１１３３ｂ、１１３３ｃ、１１３３ｄを駆動する際にも行う。

上記のような制御を行うことで、撮像素子１１３５の撮像面内に温度勾配が生じた場合であっても、センサ基板１１３２の複数箇所の中で相対的に温度の高い箇所のみを選択的に優先して冷却することが可能となり、効率的に均一温度に導くことが出来る。

なお、複数の温度検知部１１３４が取得した温度情報が示す温度の中から、相対的に高い温度を選別する方法は、これに限定されない。

また、ペルチェ素子１１３３の駆動方法として、駆動と非駆動を例示したが、複数の温度検知部１１３４が取得した温度情報に応じてペルチェ素子１１３３の出力調整制御を行ってもよい。

また、本実施例では、センサ部１１３０の温度勾配を解決する温度調整手段としてペルチェ素子１１３３による冷却を例示したが、例えば相対的に温度の低い箇所を判断しヒーターによる加熱を行う構成など、これに限定されない。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲のような形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。

また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。

１０００撮像装置
１１３０センサ部
１１３３ペルチェ素子
１１３４温度検知部
１１３５撮像素子
１２４０強制空冷ファン

Claims

撮像素子と、
前記撮像素子が正面側に実装された基板と、
前記基板の背面側に前記撮像素子で発生した熱を放熱するために設けられた放熱部と、
前記基板の前記背面側における前記放熱部を取り囲む複数箇所に設けられ、前記複数箇所における温度情報を取得する複数の温度情報取得手段と、
前記基板の前記背面側における前記放熱部の周辺部の複数箇所に設けられ、前記放熱部を冷却する複数の冷却手段と、
前記複数の冷却手段を介して前記放熱部の周辺部と熱的に接続されるとともに伝熱部材を介して前記放熱部の中央部と熱的に接続され、強制空冷ファンによって吸気されて前記放熱部からの伝熱により暖められた空気を外部に排出するように導くダクトと、
前記複数の温度情報取得手段が取得した温度情報に基づいて、前記強制空冷ファンおよび前記複数の冷却手段を駆動することにより前記放熱部を介して前記基板を冷却するように制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記複数の温度情報取得手段が取得した温度情報が示す温度が相対的に高い箇所に近い位置に配置された前記冷却手段を駆動することにより、前記放熱部を介して前記基板を選択的に冷却するように制御することを特徴とする撮像装置。
前記冷却手段は、ペルチェ素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。