JP7450165B2

JP7450165B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP7450165B2
Application number: JP2021033747A
Authority: JP
Inventors: 拓也天野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2024-03-15
Anticipated expiration: 2041-03-03
Also published as: US11516373B2; JP2022134559A; US20220286593A1

Description

本開示は、撮像装置に関する。

例えば、特許文献１には、外気を利用して撮像素子を冷却する撮像装置が開示されている。具体的には、撮像素子をペルチェ素子（熱電素子）によって冷却する。ペルチェ素子が撮像素子から吸収した熱は、複数のフィンを備えるヒートシンクに伝達される。ヒートシンクの複数のフィンは、冷却ファンによって送風された外気によって冷却される。

特開２０１０－２１３０００号公報

ところで、外気を利用して撮像素子を冷却する場合、外気に含まれるほこりなどの異物が撮像素子に到達しないように、特に撮像素子の受光面に付着しないように対策を行う必要がある。受光面にほこりなどの異物が付着すると、撮影画像の画質が低下する可能性がある。

そこで、本開示は、外気を利用して撮像素子を冷却する撮像装置において、外気に含まれるほこりなどの異物の撮像素子への到達を抑制することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
レンズが取り付けられるレンズ取り付け部と、
前記レンズ取り付け部に取り付けられたレンズを透過した光が入射する撮像素子と、
前記撮像素子を支持し、前記撮像素子の熱を吸収する伝熱部材と、
外気が流れ、前記伝熱部材の一部が通過する貫通穴が設けられているダクトを備えるメインフレームと、
前記ダクト内に配置されたファンと、
前記レンズ取り付け部および前記伝熱部材を支持し、前記メインフレームに取り付けられるフロントフレームと、
前記ダクト内から前記貫通穴を介して前記撮像素子に向かう外気の流れを遮断するシール部材と、を有する、撮像装置が提供される。

本開示によれば、外気を利用して撮像素子を冷却する撮像装置において、外気に含まれるほこりなどの異物の撮像素子への到達を抑制することができる。

本開示の一実施の形態に係る撮像装置の斜視図撮像素子の冷却に関連する構成要素を含む撮像装置のサブアセンブリの斜視図図２に示すサブアセンブリの分解斜視図図２に示すサブアセンブリの異なる方向から見た分解斜視図ダクトを示す撮像装置の断面図撮像ユニットの分解斜視図図２示すサブアセンブリの概略図シール部材を示す、サブアセンブリの一部分の断面図別の実施の形態に係る撮像装置におけるサブアセンブリの概略図異なる実施の形態に係る撮像装置におけるサブアセンブリの概略図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

以下、本開示の実施の形態に係る撮像装置について図面を参照しながら説明する。

図１は、本開示の一実施の形態に係る撮像装置の斜視図である。また、図２は、撮像素子の冷却に関連する構成要素を含む撮像装置のサブアセンブリの斜視図である。さらに、図３Ａおよび図３Ｂは、図２に示すサブアセンブリの分解斜視図であって、互いに異なる方向から見た斜視図である。

なお、図に示すＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系は、本開示の理解を容易にするためのものであって、本開示を限定するものではない。Ｘ軸方向は撮像装置の前後方向を示し、Ｙ軸方向は撮像装置の左右方向を示し、Ｚ軸方向は高さ方向を示している。また、本明細書においては、撮像装置の被写体が存在する側を「前側」とし、被写体に対して撮像装置が存在する側を「後側」としている。

図１に示すように、本実施の形態の場合、撮像装置１０は、略立方体形状の筺体１２と、その内部に配置された撮像素子１４とを有する。撮像素子１４は、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどである。撮像素子１４の受光面１４ａには、レンズ取り付け部１６に取り付けられたレンズ（図示せず）を透過した光（被写体の像）が入射する。撮像素子１４は、入射した像に対応する電気信号を出力する、すなわち撮像する（静止画像や動画を撮影する）。

図２に示すように、撮像装置１０はまた、筺体1２内に配置され、撮像素子１４およびレンズ取り付け部１６を支持するメインフレーム１８を有する。

図４は、ダクトを示す撮像装置の断面図である。

図４に示すように、メインフレーム１８は、筺体１２内に配置され、外気（破線矢印）が流れるダクト１８ａを備える。外気は、図１に示すように、筺体１２の右側面１２ａに形成された吸気口１２ｂを介してダクト１８ａ内に流入する。ダクト１８ａ内に流入した外気は、排気口１２ｃを介して筺体１２の外部に流出する。

図４に示すように、メインフレーム１８のダクト１８ａ内には、ファン２０が配置されている。ファン２０が回転することにより、外気が吸気口１２ｂを介してダクト１８ａ内に流入し、ダクト１８ａ内の外気が排気口１２ｃを介して筺体１２の外部に流出する。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、メインフレーム１８は、撮像素子１４を含む撮像ユニット２２とレンズ取り付け部１６とを支持する。具体的には、本実施の形態の場合、撮像装置１０は、撮像ユニット２２とレンズ取り付け部１６とを支持するフロントフレーム２４を有する。このフロントフレーム２４がメインフレーム１８に取り付けられることにより、撮像素子１４とレンズ取り付け部１６とがメインフレーム１８に支持される。

本実施の形態の場合、フロントフレーム２４は、互いに取り付けられる第１のサブフレーム２６と第２のサブフレーム２８とを含んでいる。

第１のサブフレーム２６は、第２のサブフレーム２８に対して前方に位置する。また、第１のサブフレーム２６は、レンズ取り付け部１６を支持し、レンズ取り付け部１６が支持するレンズ（図示せず）を透過した光が通過する貫通穴２６ａを備える。この第１のサブフレーム２６がメインフレーム１８に取り付けられる。

第２のサブフレーム２８は、第１のサブフレーム２６に対して後方に位置する。また、第２のサブフレーム２８は、撮像ユニット２２を支持し、第１のサブフレーム２６の貫通穴２６ａを通過した光が通過する貫通穴２８ａを備える。第２のサブフレーム２８は、第１のサブフレーム２６に固定される。

図５は、撮像ユニットの分解斜視図である。

図５に示すように、撮像ユニット２２は、撮像素子１４と、撮像素子１４を支持して熱を吸収する伝熱部材３０とを含んでいる。本実施の形態の場合、撮像ユニット２２は、撮像素子１４が搭載される基板３２を含んでいる。また、本実施の場合、伝熱部材３０は、放熱板３４と、放熱板３４に取り付けられたヒートシンク３６とから構成されている。

基板３２には、撮像素子１４からの信号を処理する処理回路などが設けられている。基板３２が伝熱部材３０の放熱板３４に固定されることにより、撮像素子１４が伝熱部材３０に支持されている。また、基板３２には、貫通穴３２ａが形成されている。この貫通穴３２ａにより、伝熱部材３０の放熱板３４に設けられた凸部３４ａが基板３２に直接的に接触することができる。その結果、放熱板３４は、撮像素子１４の熱を効率的に吸収して撮像素子１４を冷却することができる。

放熱板３４に取り付けられるヒートシンク３６は、放熱板３４に取り付けられるベース部３６ａと、ベース部３６ａから互いに平行に突出する複数のフィン３６ｂとを備える。

ヒートシンク３６は、撮像素子１４から熱を吸収した放熱板３４を冷却する。具体的には、詳細は後述するが、ヒートシンク３６の複数のフィン３６ｂが、メインフレーム１８のダクト１８ａ内を流れる外気によって冷却される。

なお、本実施の形態の場合、撮像ユニット２２は、レンズ取り付け部１６に対して撮像素子１４の傾きを調節する調節機構を介して、フロントフレーム２４（第２のサブフレーム２８）に支持されている。

図６は、図２に示すサブアセンブリの概略図である。

図６に示すように、撮像ユニット２２の放熱板３４は、調節バネ３８と調節ネジ４０とから構成される複数の調節機構を介してフロントフレーム２４の第２のサブフレーム２８に支持されている。本実施の形態の場合、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、３つの調節機構（３つの調節バネ３８と３つの調節ネジ４０）が設けられている。

図６に示すように、複数の調節バネ３８は、第２のサブフレーム２８と放熱板３４との間に挟まれ、圧縮されている。調節ネジ４０は、放熱板３４を貫通し、調節バネ３８内を通過し、第２のサブフレーム２８に螺合している。複数の調節ネジ４０の締め付け量を調節することにより、放熱板３４に支持されている撮像素子１４のレンズ取り付け部１６に対する傾きが調節される。すなわち、レンズ取り付け部１６に取り付けられたレンズＬの光軸Ｃに対する撮像素子１４の受光面１４ａの傾きが調節される。なお、放熱板３４（すなわち撮像素子１４）の傾きが調節できるように、放熱板３４はメインフレーム１８に対して間隔をあけて離れている。なお、フロントフレーム２４がメインフレーム１８に取り付けられた状態でも調節ネジ４０に対してアクセス可能に、放熱板３４とメインフレーム１８との間に、スペースを確保してもよい。

上述したように、ヒートシンク３６の一部である複数のフィン３６ｂは、メインフレーム１８のダクト１８ａ内を流れる外気によって冷却される。そのために、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図６に示すように、メインフレーム１８は、ダクト１８ａの内部と外部とを連通する貫通穴１８ｂを備える。その貫通穴１８ｂをヒートシンク３６の一部が通過し、それにより、複数のフィン３６ｂがダクト１８ａ内に配置される。本実施の形態の場合、複数のフィン３６ｂは、ファン２０に対して、ダクト１８ａ内の外気の流れ方向の下流側に配置されている。これにより、ダクト１８ａ内を流れる外気によってヒートシンク３６の複数のフィン３６ｂが冷却される。その結果、ヒートシンク３６が取り付けられている放熱板３４に接触している撮像素子１４が冷却される。

ダクト１８ａ内に筺体１２の外部から取り込まれる外気には、ほこりなどの異物が含まれることがある。このようなほこりなどの異物が撮像素子１４、特にその受光面１４ａに付着すると、撮像装置１０の撮影画像の画質が低下する。

本実施の形態の場合、図６に太い破線矢印で示すように、ダクト１８ａを流れる外気の一部が、貫通穴１８ｂを通過するヒートシンク３６と貫通穴１８ｂの内周面との間の隙間を通過し、放熱板３４とメインフレーム１８との間を通過し、放熱板３４と第２のサブフレーム２８との間を通過して撮像素子１４に到達する可能性がある。このようなダクト１８ａから撮像素子１４に向かう流れＦＰにほこりなどの異物が含まれていると、その異物が撮像素子１４の受光面１４ａに付着可能性がある。

このようなダクト１８ａ内から貫通穴１８ｂを介して撮像素子１４に向かう外気の流れＦＰが生じる流路上に、この外気の流れＦＰを遮断するシール部材４２が設けられている。

図７は、シール部材を示す、サブアセンブリの一部分の断面図である。

本実施の形態の場合、シール部材４２は、シリコンゴムなどの弾性材料から作製されている。また、シール部材４２は、図３Ａ、図３Ｂ、および図７に示すように、ダクト１８ａの外側で貫通穴１８ｂの開口縁部に固定される環状のベース部４２ａと、ベース部４２ａから延在して貫通穴１８ｂに進入する漏斗状のシール部４２ｂとを含んでいる。シール部材４２のベース部４２ａが貫通穴１８ｂの開口縁部に接触してシーリングするとともに、シール部材４２のシール部４２ｂがヒートシンク３６のベース部３６ａに周方向全体にわたって接触してシーリングする。

なお、図７に示すように、シール部材４２のシール部４２ｂがダクト１８ａの外部に位置するベース部４２ａから貫通穴１８ｂ内に向かって延在することにより、ダクト１８ａの外部から内部にヒートシンク３６を通しやすくなる（これと異なり、ベース部４２ａがダクト１８ａ内にあって、シール部４２ｂがダクト１８ａの内部から外部に向かって延在する場合に比べて）。その結果、異物の混入をシールドする効果を得つつ、撮像ユニット２２のメインフレーム１８への組み付け性が向上する。

このようなシール部材４２によれば、図６および図７に示すように、メインフレーム１８の貫通穴１８ｂを通過する伝熱部材３０のヒートシンク３６と貫通穴１８ｂの内周面との間の隙間がシールされる。これにより、図６に示すダクト１８ａ内から貫通穴１８ｂを介して撮像素子１４に向かう外気の流れＦＰが遮断される。その結果、ほこりなどの異物が撮像素子１４に付着することが抑制される。

なお、シール部材４２は（そのベース部４２ａ）は、本実施の形態の場合、図７に示すように、メインフレーム１８に固定されている環状のシール押さえ板４４とメインフレーム１８との間に挟まれることにより、メインフレーム１８に固定されている。

以上、本実施の形態によれば、外気を利用して撮像素子１４を冷却する撮像装置１０において、外気に含まれるほこりなどの異物の撮像素子１４への到達を抑制することができる。

具体的には、本実施の形態の撮像装置１０において、撮像素子１４と伝熱部材３０とがダクト１８ａを備えるメインフレーム１８に直接的に接触していない。これにより、メインフレーム１８から伝熱部材３０に力が加わらず、その伝熱部材３０に支持されている撮像素子１４とレンズ取り付け部１６との位置関係が適切に維持される。

しかしながら、そのために、伝熱部材３０の一部（ヒートシンク３６）がダクト１８ａに形成された貫通穴１８ｂを通過しなければならない。その結果、その貫通穴１８ｂの内周面と伝熱部材３０との間に隙間が発生する。この隙間をシール部材４２がシールすることにより、外気に含まれるほこりなどの異物の隙間の通過が阻止され、異物の撮像素子１４への到達が抑制される。

以上、上述の実施の形態を挙げて本開示の実施の形態を説明したが、本開示の実施の形態は上述の実施の形態に限定されない。

例えば、上述の実施の形態の場合、図５に示すように、撮像素子１４から熱を吸収する伝熱部材３０は、放熱板３４とヒートシンク３６とから構成されている。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。放熱板３４とヒートシンク３６が一部品として一体化することにより、伝熱部材３０が構成されてもよい。

また、上述の実施の形態の場合、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、シール部材４２は、環状の弾性部材である。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。図６および図７に示すように、伝熱部材３０のヒートシンク３６と貫通穴１８ｂの内周面との間の隙間を塞ぐことができるのであれば、シール部材の材料や形状は問わない。

さらに、上述の実施の形態の場合、図６に示すように、ダクト１８ａ内から貫通穴１８ｂを介して撮像素子１４に向かう外気の流れＦＰを遮断するために、シール部材４２が伝熱部材３０のヒートシンク３６と貫通穴１８ｂの内周面との間を塞いでいる。しかしながら、本開示の実施の形態は、シール部材の配置位置をこれに限らない。

図８は、別の実施の形態に係る撮像装置におけるサブアセンブリの概略図である。また、図９は、異なる実施の形態に係る撮像装置におけるサブアセンブリの概略図である。

図８に示す別の実施の形態に係る撮像装置１１０において、ダクト１８ａ内から貫通穴１８ｂを介して撮像素子１４に向かう外気の流れＦＰを遮断するシール部材１４２は、放熱板３４とフロントフレーム２４（第２のサブフレーム２８）との間に挟まれて圧縮変形し、撮像素子１４を囲む環状の弾性部材である。

図９に示す異なる実施の形態に係る撮像装置２１０において、ダクト１８ａ内から貫通穴１８ｂを介して撮像素子１４に向かう外気の流れＦＰを遮断するシール部材２４２は、放熱板３４とメインフレーム１８との間に挟まれて圧縮変形し、貫通穴１８ｂを囲む環状の弾性部材である。

すなわち、本開示の実施の形態に係る撮像装置は、広義には、レンズが取り付けられるレンズ取り付け部と、前記レンズ取り付け部に取り付けられたレンズを透過した光が入射する撮像素子と、前記撮像素子を支持し、前記撮像素子の熱を吸収する伝熱部材と、外気が流れ、前記伝熱部材の一部が通過する貫通穴が設けられているダクトを備えるメインフレームと、前記ダクト内に配置されたファンと、前記レンズ取り付け部および前記伝熱部材を支持し、前記メインフレームに取り付けられるフロントフレームと、前記ダクト内から前記貫通穴を介して前記撮像素子に向かう外気の流れを遮断するシール部材と、を有する。

以上のように、本開示における技術の例示として、上述の実施の形態を説明してきた。そのために、図面および詳細な説明を提供している。したがって、図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上述の技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。

本開示は、外気を利用して撮像素子を冷却する撮像装置に適用可能である。

１０撮像装置
１４撮像素子
１６レンズ取り付け部
１８メインフレーム
１８ａダクト
１８ｂ貫通穴
２０ファン
２６フロントフレーム（第１のサブフレーム）
２８フロントフレーム（第２のサブフレーム）
３４伝熱部材（放熱板）
３６伝熱部材（ヒートシンク）
４２シール部材

Claims

レンズが取り付けられるレンズ取り付け部と、
前記レンズ取り付け部に取り付けられたレンズを透過した光が入射する撮像素子と、
前記撮像素子を支持し、前記撮像素子の熱を吸収する伝熱部材と、
外気が流れ、前記伝熱部材の一部が通過する貫通穴が設けられているダクトを備えるメインフレームと、
前記ダクト内に配置されたファンと、
前記レンズ取り付け部および前記伝熱部材を支持し、前記メインフレームに取り付けられるフロントフレームと、
前記ダクト内から前記貫通穴を介して前記撮像素子に向かう外気の流れを遮断するシール部材と、を有し、
前記シール部材が、前記貫通穴を通過する前記伝熱部材と前記貫通穴の内周面との間の隙間をシールし、
前記シール部材が、弾性材料から作製され、前記ダクトの外側で前記貫通穴の開口縁部に固定される環状のベース部と、前記ベース部から延在して前記貫通穴に進入する漏斗状のシール部とを含んでいる、撮像装置。
前記伝熱部材が、前記撮像素子を支持し、前記ダクトの外部に配置される放熱板と、前記放熱板に設けられ、前記ダクトの前記貫通穴を通過して一部が前記ダクト内に露出するヒートシンクとを含んでいる、請求項１に記載の撮像装置。
前記伝熱部材が、前記レンズ取り付け部に対して前記撮像素子の傾きを調節する調節機構を介して前記フロントフレームに支持され、前記メインフレームに対して間隔をあけて離れている、請求項１または２に記載の撮像装置。