JP7615087B2

JP7615087B2 - 撮像装置

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Publication number: JP7615087B2
Application number: JP2022102256A
Authority: JP
Inventors: 優作大江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2025-01-16
Anticipated expiration: 2042-06-24
Also published as: US20230418135A1; US12411394B2; CN117294920A; JP2024002821A; EP4296774A1

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、カメラなどの撮像装置の冷却機構として特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１では、撮像装置の外装部に設けられた吸気口と排気口とにファンを設け、吸気口から外部の空気を吸い込み、撮像装置内の各部品によって熱された空気を排気口のファンで外部へと吐出することにより、全体換気する構造が開示されている。

特許文献２では、撮像装置の外装部に設けられた吸気口と排気口との間にダクト設け、ダクトの吸気口に設けられたファンで外部の空気を吸い込み、ダクト内の空気を外部へ押し出すことによってダクトの内部を換気するような構造が開示されている。

特開２０１３－８５２０４号公報特開２０２０－１８４７７１号公報

特許文献１の場合、全体換気によって撮像装置の内部を冷却する構造のため、特許文献２のように撮像装置内のダクト内を換気することによって、ダクト内に設けられた熱源を冷却する構造と比べて、局所的な熱源に対する冷却効率が低かった。

一方で特許文献２の場合、撮像装置内のダクト内部に設けられた特定の熱源を冷却する構造であるため、特許文献１に比べて冷却可能な範囲が狭かった。

従って、本発明が解決しようとする課題は、撮像装置内の冷却性能を向上させることである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像装置内から吸気するための少なくとも１つの吸気口と前記撮像装置内から排気するための第１の排気口及び第２の排気口とが、前記撮像装置の外装に設けられた撮像装置であって、第１の熱源による熱を放熱するための第１の放熱部材と、少なくとも１つの第２の熱源による熱を放熱するための少なくとも１つの第２の放熱部材と、前記第１の放熱部材が内部に配置されたダクトであって、前記吸気口から吸気された空気を前記第１の排気口へと導くためのダクトと、前記ダクト内における前記第１の放熱部材と前記第１の排気口との間に配置され、前記吸気口から前記第１の排気口へ空気を吐出するためファンと、を有し、前記ダクトは鉛直方向において前記第２の熱源よりも下方に配置されており、前記ダクトに少なくとも１つの開口部が設けられており、前記開口部は、前記ファンと前記第１の排気口との間であって、鉛直方向において前記第２の放熱部材よりも下方に位置し、前記ファンによって前記第１の排気口へ吐出された空気の一部が、前記開口部から押し出され、前記開口部から押し出された空気が前記第２の放熱部材を冷却し、前記第２の排気口から排気されることを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置内の冷却性能を向上させることができる。

第１の実施形態に係る撮像装置の斜視図第１の実施形態に係る撮像装置の斜視図第１の実施形態に係る撮像装置の斜視図第１の実施形態に係る撮像装置の分解図第１の実施形態に係る撮像装置の断面図第１の実施形態に係る撮像装置の冷却機構の斜視図第１の実施形態に係る撮像装置の背面図第１の実施形態に係る撮像装置の断面図第２の実施形態に係る撮像装置の斜視図第２の実施形態に係る撮像装置の分解図

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成してもよい。

＜実施形態１＞
以下、本実施形態に係る撮像装置としてボックス型レンズ交換式撮像装置について説明する。図１、図２および図３は、本実施形態に係る撮像装置１００の斜視図である。

撮像装置１００は、レンズマウント１１１を有し、交換レンズの取り付けができる。また、レンズ用コネクタ１１２を介して交換レンズと電気的に接続することができる。なお、本実施形態においてはバヨネット式のマウント構造が設けられているが、レンズマウントの形状は問わない。また、レンズ交換式の撮像装置でなく、レンズ一体型の撮像装置でもよい。

撮像装置１００には、電源入力端子１３１や、外部機器と信号の送受信を行うためのコネクタ１３２、ユーザーが操作や設定を行うための各種キー１３３、メモリカードが挿入できるスロット１３４が設けられる。ここで、コネクタ１３２の例としては、ＳＤＩ、Ｇｅｎ－Ｌｏｃｋ、Ｅａｔｈｅｒｎｅｔ、などが挙げられるが、これらに限定されずその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

撮像装置１００の外装には、撮像装置１００の内部から吸気するための第１の吸気口１５１及び第２の吸気口１６１が設けられている。本実施形態において、２つの吸気口が設けられているが、少なくとも１つの吸気口が設けられていればよい。撮像装置１００の外装には、第１の排気口１３５及び第２の排気口１３６が設けられている。

第１の吸気口１５１と第２の吸気口１６１から撮像装置１００の内部に外気を取り込み、第１の排気口１３５から吐出することで撮像装置１００の内部を換気・冷却することができる。

撮像装置１００は、ネジ穴１７１を有し、撮像装置１００を壁や天井あるいは雲台や三脚等に固定することができる。

図４は、本実施形態における撮像装置１００を１０のユニットに分けた分解斜視図である。正面ユニット１１０、中間ユニット１２０、背面ユニット１３０、天面ユニット１４０、右側面ユニット１５０、左側面ユニット１６０、底面ユニット１７０により、撮像装置１００の筐体（外装）が構成されている。また、撮像装置１００の内部には、フィルタユニット１９９、センサユニット１８０、冷却ユニット１９０がある。

正面ユニット１１０は、撮像装置１００の筐体の正面を構成し、レンズマウント１１１、レンズ用コネクタ１１２を有する。

フィルタユニット１９９は、ＮＤフィルタやＩＲカットフィルタ等を駆動させる機構およびアクチュエータを有し、ユーザーの操作によって各種フィルタの挿抜ができる。

中間ユニット１２０は、撮像装置１００の筐体の中間部分を構成し、各ユニットが取りつく構造となっている。

センサユニット１８０は、第１の熱源としての撮像素子１８１と、撮像素子１８１による熱を放熱するための第１の放熱部材としてのヒートシンク１８２を有する。ヒートシンク１８２は第１の熱源と熱的に接続されており、第１の熱源の熱を吸熱して撮像装置１００の内部の空気へと放熱する。

冷却ユニット１９０は、ダクト１９１、１９３及びファン１９２を有する。ダクト１９１、１９３は、第１の吸気口１５１と第２の吸気口とから吸気された空気を第１の排気口１３５へと導くためのダクトであり、ダクト１９１の内部にはヒートシンク１８２が配置されている。ファン１９２は、ダクト１９１、１９３の内部におけるヒートシンク１８２と第１の排気口１３５との間に配置される。ファン１９２は、第１の吸気口１５１と第２の吸気口１６１とから第１の排気口１３５へ空気を吐出するためのファンである。ファン１９２は第１の吸気口と第２の給気口とから外部の空気を吸気する。吸気された空気はヒートシンク１８２の放熱フィンの間や近傍を流れるため、ヒートシンク１８２によって放熱された空気が流されてファン１９２に吸気される。ファン１９２によって吸気された空気（すなわちヒートシンク１８２によって放熱された空気）はダクト１９３を流れて第１の排気口１３５から吐出されることで排気される。撮像装置１００を組み立てた状態では、ダクト１９１の内部にヒートシンク１８２が内包されることとなるため、第１の熱源（撮像素子１８１）を強制空冷することができる。また、撮像装置１００は第２の熱源としての発熱素子（例えば、データ処理エンジン、ＦＰＧＡなど、不図示）が実装されたデータ処理基板１９４を有する。なお、本実施形態において、ファン１９２は遠心ファンを用いて外気を吸気しているが、設計者の設計によっては、軸流ファンなどを用いることも可能である。従って、ファンは外気を撮像装置１００に取り込めるものであればその形態を問わない。また、本実施形態においては、１枚のデータ処理基板上に第２の熱源が実装されているが、複数の第２の熱源が複数の基板に分かれて実装されていてもよい。

背面ユニット１３０は、撮像装置１００の筐体の背面を構成し、先述した各種コネクタ１３２や各種キー１３３および、それらが実装されたインターフェース基板（不図示）を有する。また、第２の放熱部材としての放熱板金１３７を有し、放熱シート１３８を介してデータ処理基板１９４に実装された発熱素子と熱的に接続する。放熱板金１３７の材料の例としては、アルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い金属が挙げられる。放熱板金１３７は、第２の熱源（データ処理基板１９４）の熱を放熱するための第２の放熱部材である。すなわち第１の放熱部材と同様に、第２の熱源による熱を吸熱し、撮像装置１００内の空気へと放熱する。

天面ユニット１４０は、主な材料としてアルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い金属が使われる。放熱シート１４１を介して天面ユニット１４０と放熱板金１３７が熱的に接続されるため、データ処理基板１９４の熱が天面ユニット１４０に伝えられることによって、外部に拡散される。

右側面ユニット１５０および左側面ユニット１６０は、それぞれ吸気口１５１と吸気口１６１を有し、ダクト１９１、１９３と接続される。また、天面ユニット１４０と同じく主な材料としてアルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い金属が使われ、放熱シート１５２を介して放熱板金１３７と熱的に接続されることでデータ処理基板１９４の熱を外部に拡散できる。

底面ユニット１７０は、撮像装置１００を固定するためのネジ穴１７１を有する。また、天面ユニット１４０と同じく主な材料としてアルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い金属が使われ、放熱シート１７２を介して放熱板金１３７と熱的に接続されることでデータ処理基板１９４の熱を外部に拡散できる。

以上のように、第２の放熱部材（放熱板金１３７）は、撮像装置１００の外装（筐体）を構成する少なくとも１つのユニットに、第２の放熱部材の熱が伝熱するように接続されている。これにより、第２の熱源（データ処理基板１９４）の熱を冷却することができる。これは、後述する冷却方法と併用して実現できる。

図５は、撮像装置１００のうち、正面ユニット１１０、フィルタユニット１９９を取り除いた断面図である。以下、図５を用いてセンサユニット１８０と冷却ユニット１９０の詳細な構造と、撮像装置１００の冷却機構について説明する。センサユニット１８０の外面は正面センサケース１８３と背面センサケース１８４で構成されていて、内部に撮像素子１８１が配置されている。撮像素子１８１は、熱伝導部材１１、金属ブロック１３、熱伝導部材１２を介してペルチェ素子１４の吸熱面に熱的に接続されている。なお、ここでいう熱伝導部材１１、１２は、放熱シートや放熱グリスなどが考えられる。また、金属ブロック１３は、アルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い材料であることが望ましい。ペルチェ素子１４の放熱面は、熱伝導部材１５（放熱シート、放熱グリスなど）と背面センサケース１８４を介してヒートシンク１８２に熱的に接続されている。ヒートシンク１８２の熱を撮像装置１００内の空気へと放熱させることで、撮像素子１８１を冷却することができる。なお、ここで背面センサケース１８４も、アルミ合金や銅合金などの熱伝導率の高い材料であることが望ましい。

正面センサケース１８３と背面センサケース１８４の間にはケース用封止部材１８５があり、センサユニット１８０内部へ水蒸気の侵入と撮像素子１８１の結露を防止している。また、正面センサケース１８３は、撮像素子１８１の撮像面に合わせた開口窓があり、ガラス用封止部材１８６を介してカバーガラス１８７が取り付けられている。なお、本実施形態においては、ペルチェ素子１４を介して撮像素子１８１の冷却を行っているが、ペルチェ素子を使わずに撮像素子１８１を直接的にヒートシンク１８２に接続するような構成でも構わない。

冷却ユニット１９０に取り付いたファン１９２を駆動させると、吸気口１５１と吸気口１６１から、ダクト１９１を通して外気を吸い込むような風路Ａ（第１の風路）が形成される。風路Ａは吸気口１５１と吸気口１６１とから吸気された空気をからファン１９２まで導くための風の通り道であり、ダクト１９１によって形成されている。このとき、ダクト１９１内にヒートシンク１８２が内包されている（風路Ａ上に第１の放熱部材が配置されている）ため、ペルチェ素子１４の放熱面および撮像素子１８１を冷却することができる。また、ダクト１９３、ダクトカバー１９５、ダクト１９６によって、ダクト１９８および風路Ｂ（第２の風路）を形成される。風路Ｂは、ファン１９２から吐出された空気を第１の排気口１３５まで導くための風の通り道である。ファン１９２から吐き出された空気は、風路Ｂを通り第１の排気口１３５から撮像装置１００の外に排出される。すなわち、風路Ａ及びＢはダクト１９８によって形成される空気の通り道であり、吸気口１５１と給気口１６１がダクト１９８における最上流であり、第１の排気口がダクト１９８における最下流である。

図６は撮像装置１００から、冷却ユニット１９０および、ダクト１９６のみを取り出した斜視図である。以下、図６および図５を用いて、データ処理基板１９４の詳細な冷却機構について説明する。

図６に示すように、ダクト１９３には、複数の開口部１９７が設けられている。開口部１９７は、ファン１９２と第２の排気口との間に位置する。本実施形態においては複数の開口部を設ける構成としているが、複数の穴を繋げるように開口部を設け１つの開口部としてもよい。すなわち、ダクト１９３には少なくとも１つの開口部が設けられていればよい。以上のような構成とすることで、ファン１９２から第１の排気口へ吐出された空気の一部、すなわちダクト１９８を通って排気される空気（風路Ｂを流れる空気）の一部が開口部１９７から押し出される。

図５に示すように、開口部１９７から押し出された空気は、撮像装置１００の内部を循環し、第２の排気口１３６から撮像装置１００の外部に排気されるような風路Ｃ（第３の風路）を形成する。風路Ｃは、風路Ａや風路Ｃのようにダクトによって形成されていない。具体的には、風路Ｃは背面ユニット１３０や天面ユニット１４０などの撮像装置１００の外装を構成する少なくとの１つのユニットによって形成されている。これは、データ処理基板１９４以外の熱源（例えば、電源回路基板）も撮像装置１００内の換気によって冷却するためである。換言すれば、複数の第２の熱源による熱を放熱するための複数の第２の放熱部材を冷却するために、風路Ｃ上に複数の第２の放熱部材を配置している。少なくとも１つの第２の熱源を放熱するための少なくとも１つの第２の放熱部材が風路Ｃ上に配置されていればよい。なお、開口部１９７は風路Ｃの最上流であり、第２の排気口は風路Ｃの最下流である。このとき、開口部１９７と第２の排気口１３６の間に第２の放熱部材（放熱板金１３７）が配置される（風路Ｃ上に配置される）ことで、風路Ｃを通る空気が放熱板金１３７へと供給される。これにより、開口部１９７から押し出された空気が放熱板金１３７を冷却し、第２の排気口から排気される。上述のように複数の第２の放熱部材が配置されていれば、それらも併せて冷却することができる。なお、本実施例においては、第２の排気口１３６は撮像装置１００の筐体背面に開けられているが、例えば図７に示すように、コネクタ１３２と筐体のクリアランスを広げたものを第２の排気口２３６としてもよい。すなわち、第１の排気口よりも第２の排気口が小さくともよい。

ここで、風路Ａの入口の空気の温度、すなわち第１の吸気口１５１及び第２の吸気口１６１から吸い込まれた空気の温度は、撮像装置１００が設置された環境における温度に略同一である。風路Ｂにおける空気の温度はヒートシンク１８２から放熱された熱によって上昇する。上述の通り、風路Ｂの空気の一部は開口部１９７から押し出されて風路Ｃへと流れ、開口部１９７から押し出された残りの空気は第１の排気口１３５から排気される。換言すれば、ヒートシンク１８２によって熱された空気の一部が風路Ｃへと流れる。風路Ｃには第２の放熱部材が配置されているため、第２の放熱部材（放熱板金１３７）が冷却されるためには、（風路Ｂの空気の温度）＜（放熱板金１３７の温度）という条件を満たしていればよい。以上の条件を満たす限り、風路Ｃへと押し出された空気によってデータ処理基板１９４が冷却される。従って、冷却ユニット１９０における各部分の温度の関係は、以下のようになっていることが望ましい。

（環境温度）＜（風路Ｂの空気の温度）＜（放熱板金１３７の温度）
一般的に、撮像素子１８１は温度を下げるほど性能も向上する一方で、素子の発熱量自体はデータ処理エンジン等と比べれば低い。そのため、本実施例のような構成の撮像装置であれば、ヒートシンク１８２が環境温度近くまで下がるようにファン１９２を駆動させ、風路Ｂを流れる空気や、風路Ｃの入口の空気は、環境温度に近い温度になると考えられる。一方で、データ処理エンジンやＦＰＧＡといった素子は、撮像素子などと比べて発熱量は大きい一方で、ある程度高温でも素子の動作は保証できる場合が多い。そのため、本実施形態のような構成の撮像装置であれば、一般に放熱板金１３７の温度が高くなり、上記に示したような（風路Ｂの空気の温度）＜（放熱板金１３７の温度）の関係が成り立つ。

本実施形態に係る撮像装置１００の構成であれば、データ処理基板１９４に複数の熱源が点在して実装されていた場合でも、ダクト１９８の形状や通風抵抗を変えずに、風路Ｃでの空気の流れによる熱源の冷却が可能となる。また、図８に示すように、放熱板金が複数ある場合や、第２の熱源としての発熱素子が複数の基板に点在していてもよい。データ処理基板１９４の熱源は、放熱板金１３７に加え、放熱シート２３８を介して第２の放熱板金２３７に拡散される。また、電源回路基板２３１上の熱源（不図示）が、放熱シート２３２を介して第３の放熱板金２３３に拡散されている。この場合も、放熱板金２３７、１３７、２３３に合わせて開口部２９７Ａ、２９７Ｂ、２９７Ｃを設けることで、複数の熱源を効率よく冷却可能となり、撮像装置１００内の冷却性能が向上する。

また、ダクト１９３は、第２の熱源（データ処理基板１９４）よりも下に配置され、開口部１９７はダクト１９３の上面に設けられている。これにより、ファン１９２で埃などの外気のゴミを吸い込んだ場合に、データ処理基板１９４などにゴミが流れず、重力によってゴミは下に落ちる。ゴミは、風路Ｂを通って、第１の排気口１３５から撮像装置１００の外部に排出される。

＜実施形態２＞
以下、本実実施形態に係る、屋外用設置型撮像装置について説明する。図９は、本実施形態に係る撮像装置３００の斜視図であり、図１０は撮像装置３００の内部構造を示したものである。

撮像装置３００は、ハウジング３１０と、ハウジング３１０に内包されたカメラ装置３２０、レンズ３３０で構成されている。ここで、ハウジング３１０、カメラ装置３２０、レンズ３３０は、それぞれ取り外し可能な構成でも、一体型でもよい。

ここで、カメラ装置３２０は、第１の実施形態で示した撮像装置１００と同等の構成をしており、内部のファン（不図示）を駆動させることによって、吸気口３２１から空気を吸い込み、第１の排気口３２２および第２の排気口３２３から空気を吐き出す。

ハウジング３１０は密閉されており、カメラ装置３２０およびレンズ３３０を防水している。そのため、カメラ装置３２０のファンは、ハウジング３１０内部の空気を循環させることになる。この場合も、第１の実施形態で示した撮像装置１００と同様に撮像素子やデータ処理エンジンなどの熱源を効率よく冷却できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００撮像装置
１４ペルチェ素子
１３５第１の排気口
１３６第２の排気口
１３７放熱板金
１５１吸気口
１６１吸気口
１８１撮像素子
１８２ヒートシンク
１９１ダクト
１９７開口部
１９８ダクト

Claims

撮像装置内から吸気するための少なくとも１つの吸気口と前記撮像装置内から排気するための第１の排気口及び第２の排気口とが、前記撮像装置の外装に設けられた撮像装置であって、
第１の熱源による熱を放熱するための第１の放熱部材と、
少なくとも１つの第２の熱源による熱を放熱するための少なくとも１つの第２の放熱部材と、
前記第１の放熱部材が内部に配置されたダクトであって、前記吸気口から吸気された空気を前記第１の排気口へと導くためのダクトと、
前記ダクト内における前記第１の放熱部材と前記第１の排気口との間に配置され、前記吸気口から前記第１の排気口へ空気を吐出するためファンと、を有し、
前記ダクトは鉛直方向において前記第２の熱源よりも下方に配置されており、
前記ダクトに少なくとも１つの開口部が設けられており、
前記開口部は、前記ファンと前記第１の排気口との間であって、鉛直方向において前記第２の放熱部材よりも下方に位置し、
前記ファンによって前記第１の排気口へ吐出された空気の一部が、前記開口部から押し出され、
前記開口部から押し出された空気が前記第２の放熱部材を冷却し、前記第２の排気口から排気されることを特徴とする撮像装置。
前記第１の熱源は撮像素子であり、前記第２の熱源はデータ処理基板であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の放熱部材はヒートシンクであり、前記第２の放熱部材は放熱板金であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第２の放熱部材は、前記撮像装置の外装を構成する少なくとも１つのユニットに伝熱するように接続されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記ダクトは、前記吸気口から吸気された空気を前記ファンまで導くための第１の風路を形成し、前記第１の風路に前記第１の放熱部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記ダクトは、前記ファンから吐出された空気を前記第１の排気口まで導くための第２の風路を形成し、前記第２の風路を流れる空気の一部が前記開口部から押し出されるように、前記ダクトに前記開口部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像装置の外装を構成する少なくとも１つのユニットは、前記開口部から押し出された空気を前記第２の排気口に導くための第３の風路を形成し、前記第３の風路に前記第２の放熱部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第２の風路を流れる空気の温度よりも前記第２の放熱部材の温度が高いことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
前記第２の排気口は前記第１の排気口よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第２の排気口は、前記撮像装置が外部機器と信号の送受信を行うためのコネクタに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。