JP7111910B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型の撮像装置に係り、特に筐体内部への塵埃の侵入や拡散を防ぎつつ、筐体内部の熱を効率的に放熱することができる撮像装置に関する。

［先行技術の説明］
撮像装置は、撮像素子を筐体内部に備えており、筐体内部へのゴミや塵埃の侵入を防ぐために、密閉構造としたものがある。
撮像装置で使用する撮像素子は年々高画素化が進み、撮像素子自体の消費電力が増加しており、撮像素子冷却の必要性が増している。

［関連技術］
撮像装置内部を冷却する従来技術としては、特許第６１１２７４５号公報「電子装置」（特許文献１）、特許第６５５２０５４号公報「３板式固体撮像装置の冷却装置」（特許文献２）がある。
特許文献１には、冷却ファンで外部から筐体内部に外気を取り込み、筐体内部に吐き出すことで冷却することが記載されている。
特許文献２には、密閉した筐体内部に冷却ファンを設置し、内部雰囲気を撹拌させて冷却することが記載されている。

特許第６１１２７４５号公報 特許第６５５２０５４号公報

しかしながら、従来の撮像装置の冷却方法では、外気を取り込む際に塵埃を筐体内部に侵入させたり、冷却ファンにより塵埃を筐体内で拡散させてしまうという問題点があった。

尚、特許文献１及び特許文献２には、冷却ファンを筐体外部の背面に設け、筐体の前面から冷却ファンに向かって空気の流路を形成するダクトを備えることは記載されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、筐体内部への塵埃の侵入や拡散を防ぎつつ、筐体内部の熱を効率的に放熱することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、密閉された筐体の内部に撮像素子を収納した撮像装置であって、筐体は、前面にレンズが取り付けられるレンズマウントを備えると共に、背面に、熱を放出する放熱フィンと、放熱フィンを冷却する冷却ファンとを有し、筐体の上面又は下面に取り付けられ、筐体の前面で開口し、取り付け面と放熱フィンとを覆うように延びて、冷却ファンに開口するよう隙間が形成されると共に、筐体の側面に開口しないダクトを備え、放熱フィンが、ダクトの前面側から吸入されて隙間を通って冷却ファンによって排出される空気の流路と平行になるよう配置されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記撮像装置において、ダクトが、筐体の上面及び下面の双方に取り付けられたことを特徴としている。

また、本発明は、上記撮像装置において、筐体において、ダクトの取り付け面に、前面と背面とを結ぶ方向に複数の溝が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、密閉された筐体の内部に撮像素子を収納した撮像装置であって、筐体は、前面にレンズが取り付けられるレンズマウントを備えると共に、背面に、熱を放出する放熱フィンと、放熱フィンを冷却する冷却ファンとを有し、筐体の上面又は下面に取り付けられ、筐体の前面で開口し、取り付け面と放熱フィンとを覆うように延びて、冷却ファンに開口するよう隙間が形成されると共に、筐体の側面に開口しないダクトを備え、放熱フィンが、ダクトの前面側から吸入されて隙間を通って冷却ファンによって排出される空気の流路と平行になるよう配置されている撮像装置としているので、筐体内部に塵埃が侵入するのを防ぐと共に、筐体の前面側からダクトの取り付け面に沿って冷却ファンに向かって流れる空気の流れを形成して、背面だけでなくダクト取り付け面からの放熱を促進して筐体内部を効率的に冷却することができる効果がある。

また、本発明によれば、筐体において、ダクトの取り付け面に、前面と背面とを結ぶ方向に複数の溝が形成されている上記撮像装置としているので、取り付け面表面積を増大させて空冷の効果を向上させ、前面から背面に向かう空気の流れを促進して更に効率的に筐体内部を冷却することができる効果がある。

本筐体の外観（前面側）を示す外観斜視図である。 本筐体の外観（背面側）を示す外観斜視図である。 本撮像装置の外観（前面側）を示す外観斜視図である。 本撮像装置の外観（背面側）を示す外観斜視図である。 ダクトを設けない場合の筐体周囲の空気の流れを示す模式説明図である。 ダクトを設けた場合の筐体周囲の空気の流れを示す模式説明図である。 本撮像装置の断面図である。 別の撮像装置の外観斜視図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る撮像装置（本撮像装置）は、背面に放熱フィンと冷却ファンとを備え、内部に撮像素子を収納する密閉構造の筐体と、当該筐体の上下両面若しくは上下のいずれか一方の面に取り付けられ、取り付け面と放熱フィンとを覆い、筐体前面側から吸入した空気を背面の冷却ファンから排出する流路を形成するダクトとを備えたものであり、筐体を密閉状態に保ったまま、筐体の上下面の両方又は一方に沿って空気を効率的に流して、放熱フィン及び冷却ファンで強制空冷し、筐体内部の熱を放熱することができ、塵埃が筐体内部に侵入したり、拡散するのを防ぐことができるものである。

また、本撮像装置は、ダクトが設けられた筐体の上下両面又は上下のいずれか一方の面に、筐体の前面と背面とを結ぶ方向に複数の溝が形成されているものであり、筐体の表面積を増大させると共に、溝に沿って前面から背面に向かう空気の流れを促進して、効率的に冷却することができるものである。

［本撮像装置の筐体外観：図１，図２］
まず、本撮像装置の筐体（本筐体）の構成について図１，図２を用いて説明する。図１は、本筐体の外観（前面側）を示す外観斜視図であり、図２は、本筐体の外観（背面側）を示す外観斜視図である。
図１，図２に示すように、本筐体は、筐体の前面を構成し、撮像レンズが取り付けられるフロントフレーム３と、上面を構成するトップフレーム４と、底面を構成するボトムフレーム５と、背面を構成するリアフレーム６と、右側面を構成するカバー７Ａと、左側面を構成するカバー７Ｂとを備えた密閉構造の筐体である。尚、右側面は、筐体の正面に正対した際に向かって右側の側面を示す。

そして、図２に示すように、本筐体の背面には、薄い板状に形成され、熱を放出する複数の放熱フィン８と、放熱フィン８と一体に形成され、空気を排出する冷却ファン９とが設けられている。冷却ファン９は、筐体側から吸入した空気を外側（図２の手前側）に排出する。
つまり、本筐体では、冷却ファン９は筐体の外部に設けられており、筐体の密閉構造を保持することにより、筐体内部への塵埃の侵入や拡散を防ぐことができるものである。

放熱フィン８は、冷却ファン９の左右の面にそれぞれ接続する２枚の長いフィンと、長いフィンの間に設けられ、冷却ファン９の上面又は下面に接続する複数の短いフィンとを備えている。各フィンは、本筐体の側面（カバー７Ａ，７Ｂ）に平行に設けられている。つまり、放熱フィン８は、後述するダクトによって形成される空気の流れと平行になるような向きに配置されているものである。
各フィンの幅（前後方向の長さ）は、冷却ファン９と同程度に形成されている。
また、本筐体の背面において、放熱フィン８及び冷却ファン９が設けられていない部分に、各種装置と接続されるコネクタ部が設けられている。

更に、本筐体のトップフレーム４には、複数の溝４１が形成されている。溝４１は、筐体の前面と背面とを結ぶ方向に、複数平行に形成されている。
溝４１が形成されることにより、本筐体の上面の表面積を増大させると共に、後述するダクトを取り付けた場合の空気の流れを促進して、冷却効率を向上させるものである。
また、図１，２では示されていないが、本筐体のボトムフレーム５にも、トップフレーム４の溝４１と同様の複数の溝が前面と背面とを結ぶ方向に形成されている。
フロントフレーム３にも、上方向に向かう溝３１、及び下方向に向かう溝３２が形成されている。

［本撮像装置の外観：図３，図４］
次に、本撮像装置の構成について図３，図４を用いて説明する。図３は、本撮像装置の外観（前面側）を示す外観斜視図であり、図４は、本撮像装置の外観（背面側）を示す外観斜視図である。
図３，図４に示すように、本撮像装置は、図１，２に示した本筐体の上下面にダクト１０Ａ，１０Ｂを備えた構成である。
ダクト１０Ａ，１０Ｂを取り付けても、本撮像装置全体の大きさは本筐体とそれほど変わらず、装置の小型化を妨げるものではない。

具体的には、図３に示すように、本撮像装置は、本筐体のトップフレーム４と放熱フィン８の上部を覆うダクト１０Ａと、本筐体のボトムフレーム５と放熱フィン８の下部を覆うダクト１０Ｂとを備えている。

ダクト１０Ａは、本筐体の上面に沿って、前面側から背面の冷却ファン９に向かって空気の流路を形成するものであり、図３，図４に示すように、本筐体のトップフレーム４及び放熱フィン８の上に被せるように取り付けられる。
ダクト１０Ａは、上面、側面、背面を備えており、前面及び下面は、全体が開口部となっている。つまり、前面と下面には面が形成されていない。
ダクト１０Ａの上面は、本筐体のトップフレーム４と放熱フィン８の上部との間に隙間が形成されるように覆うものである。背面側のコネクタ部等の上部には設けられていない。

ダクト１０Ａの左側面は、図４に示すように、カバー７Ｂの上端部及び放熱フィン８の右端（背面における右端）の長いフィンの上部に接するよう、Ｌ字形状に形成されている。つまり、ダクト１０Ａの左側面と本筐体との間に隙間は形成されない。
ダクト１０Ａの右側面は、カバー７Ａの上端部に接する面と、放熱フィン８の左端の長いフィンの上部に接する面とを備えており、ダクト１０Ａの右側面と本筐体との間に隙間は形成されない。
ダクト１０Ａの側面の上下方向（高さ方向）の長さは、ダクト１０Ａの上面とトップフレーム４及び放熱フィン８との間に、冷却風となる空気が通る隙間が形成されるよう、適切な寸法に形成されている。

また、ダクト１０Ａの背面は、本筐体の背面のコネクタ部の上部に接する面と、放熱フィン８の後端部に接して、放熱フィン８の長いフィンの上部と短いフィンの全体を覆う面とを備えている。
ダクト１０Ａの背面は、トップフレーム４の上を流れてきた空気が各放熱フィン８の間を通って冷却ファン９に吸入されるように形成されている。

ダクト１０Ａを本筐体の上部に取り付けると、本筐体の前面側と、冷却ファン９の上部が開口部となり、ダクト１０Ａとトップフレーム４との間、及びダクト１０Ａと放熱フィン８の上部との間に隙間が形成される。
つまり、ダクト１０Ａによって、前面側に開口し、トップフレーム４と放熱フィン８を覆うように延びて、冷却ファン９に向けて開口する一連の隙間が形成されることになる。

また、側面や背面（放熱フィン８の後端部）において、ダクト１０Ａと本筐体との間に隙間は形成されない。
これにより、ダクト１０Ａの前面側の開口部から流入した空気を、側面方向や冷却ファン９以外の背面方向に逃がさず、トップフレーム４及び放熱フィン８に沿って流して、トップフレーム４からの熱を冷却ファン９から効率よく排出して、筐体を冷却するようになっている。
更に、放熱フィン８が空気の流れに沿う方向に配置されていることにより、空気の流れを妨げず、放熱を促進することができるものである。

また、ダクト１０Ｂは、本筐体の下面に沿って、前面側から背面の冷却ファン９に向かって空気の流路を形成するものであり、図３，図４に示すように、本筐体のボトムフレーム５及び放熱フィン８の下側を覆うように取り付けられる。
ダクト１０Ｂは、ダクト１０Ａとほぼ対称となる形状に形成されているため、詳細な説明は省略する。

ダクト１０Ｂを本筐体の下部に取り付けると、本筐体のボトムフレーム５とダクト１０Ｂとの間、及び放熱フィン８の下部とダクト１０Ｂとの間に隙間が形成され、この隙間が空気の流路となって、本撮像装置の前面側から吸入された空気がボトムフレーム５に沿って流れ、各放熱フィン８の間を通って冷却ファン９から排気される。
ダクト１０Ｂを設けることにより、本筐体のボトムフレーム５からの熱を効率よく排出して、筐体内を冷却することができるものである。

［筐体周囲の空気の流れ（ダクトなし）：図５］
次に、筐体周囲の空気の流れを、まずダクトを設けない場合について図５を用いて説明する。図５は、ダクトを設けない場合の筐体周囲の空気の流れを示す模式説明図である。
図５に示すように、ダクト１０Ａ，１０Ｂを設けない場合、本筐体の背面側については、放熱フィン８及び冷却ファン９による強制空冷が行われ、上側の放熱フィン８から冷却ファン９に向かう空気の流れと、下側の放熱フィン８から冷却ファン９に向かう空気の流れが形成される。これにより、リアフレーム６からの放熱が行われる。

しかし、トップフレーム４及びボトムフレーム５側には、空気の流れは形成されず、自然空冷となる。そのため、筐体内の熱をトップフレーム４及びボトムフレーム５を介して効率よく放熱することはできない。

［筐体周囲の空気の流れ（ダクトあり）：図６］
本筐体の上下にダクト１０Ａ，１０Ｂを取り付けた本撮像装置の周囲の空気の流れを図６を用いて説明する。図６は、ダクトを設けた場合の筐体周囲の空気の流れを示す模式説明図である。
図６に示すように、本筐体の上下にダクト１０Ａ，１０Ｂを設けた本撮像装置では、筐体の前面側から吸気して、背面の冷却ファン９から排気する空気の流れが生じる。

つまり、トップフレーム４とダクト１０Ａとの間、及びボトムフレーム５とダクト１０Ｂとの間に空気を流して、放熱フィン８を介して冷却ファン９から排気することにより強制空冷を実現し、トップフレーム４及びボトムフレーム５の表面からの放熱を促し、筐体内部の温度を低減することができるものである。

［温度分布予測］
筐体内の温度分布について、シミュレーションを行った。
熱解析は、外気４０℃の環境で、消費電力が約１７Ｗの撮像装置の筐体内部温度を予測したものである。
筐体内部の複数個所について予測温度を算出した結果、図示は省略するが、ダクト１０Ａ，１０Ｂを設けない場合、各部の予測温度は６２℃～６８℃であった。
一方、ダクト１０Ａ，１０Ｂを設けた場合、筐体内部の各部の予測温度は５８℃～６２℃であり、ダクト１０Ａ，１０Ｂを設けることで、場所により４～７℃程度の温度低減効果が得られることが確認された。

［本撮像装置の内部構成：図７］
次に、本撮像装置の内部構成について図７を用いて説明する。図７は、本撮像装置の断面図である。
図７に示すように、本撮像装置は、外側部分の構成として、上述したフロントフレーム３、トップフレーム４、ボトムフレーム５、リアフレーム６、カバー７Ａ，７Ｂで囲まれた筐体と、筐体の背面に設けられた放熱フィン８及び冷却ファン９と、トップフレーム４の上部から放熱フィン８の上部を覆うダクト１０Ａと、ボトムフレーム５の下部から放熱フィン８の下部を覆うダクト１０Ｂとを備えている。
フロントフレーム３には、レンズ（図示しない）を取り付けるためのレンズマウント１が設けられている。

そして、筐体内部には、光を三原色に分解するプリズム２と、プリズム２で分解した三原色を撮像する撮像素子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと、撮像素子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃをそれぞれ実装する撮像素子基板１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ（撮像素子基板１１）等の光学系を備えている。

光学系周辺の熱は、トップフレーム４側に放熱され、冷却ファン９によってトップフレーム４とダクト１０Ａとの間の隙間に前面側から背面に向かう流れを形成して、冷却ファン９から排出することにより、放出される。

更に、各基板へ電源を供給するための電源素子１４を実装した電源基板１３、撮像素子基板１１からの信号を処理する信号処理素子１６を実装した信号処理基板１５などを備えている。

電源素子１４及び信号処理素子１６は、消費電力が大きく、高温になる素子である。
電源素子１４は、放熱シート１７Ａを介してボトムフレーム５に固定され、ボトムフレーム５に放熱する。
ボトムフレーム５に伝導された熱は、ダクト１０Ｂとボトムフレーム５との間に前面側から背面側に向かって積極的に空気を流すことで、冷却ファン９によって外気に放出される。

また、信号処理素子１６は、放熱シート１７Ｂを介してリアフレーム６に取り付けられ、リアフレーム６へ放熱するようになっている。
リアフレーム６に伝導された熱は、放熱フィン８及び冷却ファン９による強制空冷で冷却される。
このようにして、本撮像装置では、筐体を密閉状態に保ったまま、光学系周辺の熱と高温になる素子の熱とを効率よく筐体外部へ放熱することができるものである。

［別の実施の形態：図８］
次に、本発明の別の実施の形態に係る撮像装置（別の撮像装置）について図８を用いて説明する。図８は、別の撮像装置の外観斜視図である。
上述した本撮像装置は、筐体の上面と下面の両方にダクトを備えていたが、別の撮像装置は、いずれか一方の面にダクトを備えたものである。
図８（ａ）は、本筐体の上側にダクト１０Ａを取り付けた構成を示し、図８（ｂ）は、本筐体の下側にダクト１０Ｂを取り付けた構成を示している。
撮像装置の固定を上面で行う場合には、図８（ｂ）のようにボトムフレーム５側にダクト１０Ｂを設け、撮像装置の固定を下面で行う場合には、図８（ａ）のようにトップフレーム４側にダクト１０Ａを配置する。

上面、下面のいずれか一方であっても、ダクト１０Ａ又は１０Ｂを設けた面については、前面側から背面側への空気の流れが形成され、冷却ファン９によって排気できるものである。
これにより、ダクトを設けない構成に比べて、筐体内部を効率よく冷却することができるものである。
また、ダクト１０Ａ又は１０Ｂを備えずに、撮像装置の固定を行う面（上面又は下面）については、当該筐体の上面又は下面から固定面への放熱が行われる。

［実施の形態の効果］
本撮像装置によれば、背面に放熱フィン８と冷却ファン９とを備え、内部に撮像素子を収納する密閉構造の筐体と、当該筐体の上下両面若しくは上下のいずれか一方の面に取り付けられ、取り付け面と放熱フィン８とを覆い、筐体前面側から吸入した空気を背面の冷却ファン９から排気する流路を形成するダクト１０Ａ及び／又はダクト１０Ｂとを備えているので、筐体を密閉状態に保ったまま、筐体の上下面の両方又は一方に沿って空気を積極的に流して、放熱フィン８及び冷却ファン９で強制空冷し、筐体内部の熱を効率よく放熱すると共に、塵埃が筐体内部に侵入したり、拡散するのを防ぐことができる効果がある。

また、本撮像装置によれば、放熱フィン８が、ダクト１０Ａ、１０Ｂを流れる空気の流路と平行になるように配置されているものであり、前面から冷却ファン９へ向かって流れる空気の流れを妨げず、放熱フィン８による放熱を促進し、筐体を効率的に冷却することができる効果がある。

更に、本撮像装置によれば、筐体において、ダクト１０Ａ、１０Ｂが取り付けられる面（上面及び／又は下面）に、筐体の前面と背面とを結ぶ方向に複数の溝が平行に形成されているものであり、ダクト取り付け面の表面積を増大させると共に、前面から冷却ファン９へ向かう空気の流れを促進して、冷却効果を向上させることができる効果がある。

また、別の撮像装置によれば、筐体の上面又は下面のいずれか一方にダクトを設けた構成としているので、撮像装置の固定位置に応じて適宜ダクトを取り付けることで、筐体内に塵埃を侵入させずに、簡易な構成で、ダクトのない場合に比べて効率的に筐体内部を冷却することができる効果がある。

尚、ここでは撮像素子を３個使用する撮像装置について記載したが、本実施の形態は撮像素子の個数に関わらず適用可能である。

この出願は、２０１９年１１月１１日に出願された日本出願特願２０１９－２０３７３６を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

本発明は、筐体内部への塵埃の侵入や拡散を防ぎつつ、筐体内部の熱を効率的に放熱することができる撮像装置に適している。

１…レンズマウント、 ２…プリズム、 ３…フロントフレーム、 ４…トップフレーム、 ５…ボトムフレーム、 ６…リアフレーム、 ７Ａ，７Ｂ…カバー、 ８…放熱フィン、 ９…冷却ファン、 １０Ａ，１０Ｂ…ダクト、 １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…撮像素子基板、 １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…撮像素子、 １３…電源基板、 １４…電源素子、 １５…信号処理基板、 １６…信号処理素子、 １７Ａ，１７Ｂ…放熱シート

Claims (3)

1. 密閉された筐体の内部に撮像素子を収納した撮像装置であって、
   前記筐体は、前面にレンズが取り付けられるレンズマウントを備えると共に、背面に、熱を放出する放熱フィンと、前記放熱フィンを冷却する冷却ファンとを有し、
   前記筐体の上面又は下面に取り付けられ、前記筐体の前面で開口し、前記取り付け面と前記放熱フィンとを覆うように延びて、前記冷却ファンに開口するよう隙間が形成されると共に、前記筐体の側面に開口しないダクトを備え、
   前記放熱フィンが、前記ダクトの前面側から吸入されて前記隙間を通って前記冷却ファンによって排出される空気の流路と平行になるよう配置されていることを特徴とする撮像装置。
2. ダクトが、筐体の上面及び下面の双方に取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 筐体において、ダクトの取り付け面に、前面と背面とを結ぶ方向に複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。

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