JP2019168509A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でレンズの結露を抑制する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、撮像素子４２を搭載する基板４１と、レンズ群１１を保持するレンズ鏡筒１ｂと、レンズ群１１と撮像素子４２を搭載する基板４１とを接続する熱伝導口径板１２と、熱伝導口径板１２の貫通孔１２ａの周囲に沿って設けられた熱源となるヒータとから構成されることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明の一態様は、撮像装置等に関する。

撮像装置では、ケース内の防水および防塵などを目的として、レンズ鏡筒などの部品のケースへの取り付けにＯリングなどが用いられることがある。このような撮像装置は、たとえば特許文献１などに開示されている。

特開平８−１０２８８１号公報

スマートフォンおよび自動車などに搭載されたカメラならびにデジタルカメラといった撮像装置は、屋外で使用されることが多く、その使用環境は様々である。たとえば、低い外気温下で撮像装置が使用される場合、外気によってレンズの温度が低下する。この際、Ｏリングによって外気から隔離されたケース内部の水蒸気がレンズによって冷やされ、レンズのケース内部側に結露が発生することがある。レンズが結露すると被写体からの光が撮像素子上に正常に結像されないため、好ましくない。簡素な構成でレンズの結露を抑制することが可能な技術が求められる。

本発明は、上記の課題などを解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
撮像部（４２）を搭載する基板（４１）と、
レンズ（１１）を保持するレンズ鏡筒（１ｂ）と、
前記レンズと前記撮像部との間に位置し、熱源に接続された口径板（１２）と、を備える、
撮像装置である。

上記構成の撮像装置によれば、通過する光の最外位置を決めるための口径板に加熱機能を与えることができるので、撮像装置の構成を簡素化することができるとともに、レンズのケース内部側の温度をより高くすることができる。これにより、たとえば低い外気温下で撮像装置を使用する場合においても、レンズの結露の発生を抑制することができる。すなわち、簡素な構成で、レンズの結露を抑制することができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記口径板は、被写体からの光を前記撮像部へ通過させる貫通孔（１２ａ）を有する板状部（１２ｂ）と、前記板状部から前記基板に向かって伸びる延伸部（１２ｃ）と、を含む。

上記構成の撮像装置によれば、基板と板状部との接続を簡素な形状で実現することができるので、撮像装置の製造工程が複雑化することを防ぐとともに、製造コストを低減することができる。また、基板から板状部への電力および熱などの供給を行うことができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記口径板は、被写体からの光を前記撮像部へ通過させる貫通孔を有し、
前記貫通孔の周囲に沿って設けられ、前記熱源となるヒータ（１２ｄ）をさらに備える。

上記構成の撮像装置によれば、貫通孔の周囲を直接加熱することができるので、レンズの光軸周辺を効率よく加熱することができる。これにより、被写体からの光の結露による散乱を効果的に抑制することができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記基板は、電子部品を搭載し、
前記口径板は、前記熱源となる前記電子部品または前記撮像部に接続される。

上記構成の撮像装置によれば、電子部品が消費した電力に基づく廃熱を利用してレンズを加熱することができるので、撮像装置におけるエネルギーを有効に活用しつつ、レンズの結露を抑制することができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記口径板の表面には、光の反射を抑制する処理が施されている。

上記構成の撮像装置によれば、たとえば、口径板の表面からの反射に基づく迷光などを抑制することができるので、撮影した画像の質をより良くすることができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記口径板は、熱伝導性を有する。

上記構成の撮像装置によれば、熱源からの熱を口径板全体に行き渡らせて放熱させることができるので、レンズのケース内部側を良好に加熱することができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記レンズ鏡筒は、最も被写体側に位置する第１レンズ（１１ａ）、および２番目に前記被写体側に位置する第２レンズ（１１ｂ）を保持し、
前記口径板は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に位置する。

上記構成の撮像装置によれば、外気温の影響を受けやすいために結露の発生しやすい第１レンズを効率よく加熱することができるので、第１レンズにおける結露の発生を効果的に抑制することができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記レンズと前記レンズ鏡筒との間に配置された防水シール（１５）をさらに備える。

上記構成の撮像装置によれば、外部からの水および水蒸気の侵入を抑制することができるので、ケース内部の湿度上昇を防ぐことができる。これにより、レンズの結露が発生しにくい状態を維持することができる。

図１は、本実施形態の撮像装置の外観斜視図である。 図２は、本実施形態の撮像装置の分解斜視図である。 図３は、本実施形態の撮像装置の断面図である。 図４は、本実施形態の熱伝導口径板の平面図である。

本発明の撮像装置は、口径板が、レンズと撮像部との間に位置し、熱源に接続される構成としている点を特徴の一つとしている。

なお、本明細書では、レンズの中心位置であって、撮像素子に入射する光の中心位置を「光軸」と称する。レンズに対して撮像素子とは反対側に位置する撮像対象を「被写体」と称する。撮像素子に対して被写体が位置する方向を「フロント側」または「光軸方向前方」と称し、被写体に対して撮像素子が位置する方向を「リア側」または「光軸方向後方」と称する。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の撮像装置の外観斜視図である。図２は、本実施形態の撮像装置の分解斜視図である。図１および図２は、フロント側から見た図である。図３は、本実施形態の撮像装置の断面図である。図３には、図１の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図が示される。

各図面にはｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示している。レンズの光軸に平行な軸であって、撮像素子から見て被写体へ向いている軸を「ｚ軸」と定義する。ｚ軸に垂直な軸を「ｘ軸」と定義する。また、ｚ軸およびｘ軸の両方に垂直な軸を「ｙ軸」と定義する。ここでは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、右手系の３次元の直交座標を形成する。以下、ｚ軸の矢印方向をｚ軸＋側、矢印とは逆方向をｚ軸−側と呼ぶことがあり、その他の軸についても同様である。

図１〜図３に示されるように、本実施形態の撮像装置は、フロントケース１ａ、レンズ鏡筒１ｂ、レンズ群１１、熱伝導口径板１２、第１口径板１３、第２口径板１４、防水シール１５、基板４１および撮像素子４２を含んで構成される。レンズ群１１は、第１レンズ１１ａ、第２レンズ１１ｂ、第３レンズ１１ｃおよび第４レンズ１１ｄを含んで構成される。

＜フロントケース１ａ＞
フロントケース１ａは、リアケース（図示しない）と共に撮像装置の筐体（ケース）を形成する部材であって、樹脂などで形成される。フロントケース１ａは、光軸方向後方はリアケースと連結可能に開放されており、光軸を覆うように、略矩形状の側面を有している。フロントケース１ａとリアケースとが連結されることで、レンズ鏡筒１ｂ、基板４１および撮像素子４２などを収容する空間が形成される。なお、フロントケース１ａは、リアケースに連結される構成に限らず、たとえば筐体に連結される構成であってもよい。

＜レンズ鏡筒１ｂ＞
レンズ鏡筒１ｂは、主に図３に示されるように、略筒状の部材であり、大径部１ｄ、中径部１ｅ、小径部１ｆおよび貫通部１ｃを含んで構成される。本実施形態の撮像装置では、フロントケース１ａとレンズ鏡筒１ｂとが一体に形成されている。レンズ鏡筒１ｂの内面には、大径部１ｄ、中径部１ｅおよび小径部１ｆが、ｚ軸＋側に向かってこの順で連続するように形成される。大径部１ｄは、光軸を中心とし、光軸方向に伸びる円筒形状を有する。中径部１ｅは、大径部１ｄの径より小さい径を有し、光軸を中心とし、光軸方向に伸びる略円筒形状を有する。小径部１ｆは、中径部１ｅの径より小さい径を有し、ｚ軸＋側に向かって拡径するテーパー形状を有する。

レンズ鏡筒１ｂの内面では、大径部１ｄと中径部１ｅとの境界となる段差部１ｇが形成される。段差部１ｇの外縁（光軸に対して外側）の一箇所には、レンズ鏡筒１ｂの内部からレンズ鏡筒１ｂの外部へ貫通する貫通部１ｃが形成される。貫通部１ｃは、延伸部１２ｃが挿通される隙間である。

レンズ鏡筒１ｂは、第１レンズ１１ａ、第２レンズ１１ｂ、第３レンズ１１ｃおよび第４レンズ１１ｄを保持する。詳細には、第２レンズ１１ｂ、第１口径板１３、第３レンズ１１ｃ、第２口径板１４および第４レンズ１１ｄは、ｚ軸＋側に向かってこの順で連続するように中径部１ｅの内部に収容される。ここで、第１口径板１３および第２口径板１４は、通過する光の最外位置を決める。

大径部１ｄは、第１レンズ１１ａを収容する。第１レンズ１１ａのｚ軸＋側には、第１レンズ１１ａのｚ軸−側と比べて、より小さい外径を有するＬ型溝部１１ａｓが形成される。

＜防水シール１５＞
防水シール１５は、レンズとレンズ鏡筒１ｂとの間に配置される。本実施形態では、防水シール１５は、ゴムなどの弾性部材により形成された円環状の部材であって、第１レンズ１１ａとレンズ鏡筒１ｂとの間に配置されることで、第１レンズ１１ａとレンズ鏡筒１ｂとを隙間無く連結させるよう作用する。詳細には、防水シール１５は、Ｌ型溝部１１ａｓの径方向外側であって、レンズ鏡筒１ｂの大径部１ｄの径方向内側に配置されている（図３参照）。

＜基板４１＞
基板４１は、撮像素子４２を含む電子部品が搭載されたリジッド基板である。撮像素子４２は、本発明でいう「撮像部」の一具体例である。撮像素子４２は、照射された光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えばＣ−ＭＯＳセンサやＣＣＤなどであるが、これらに限定されるものではない。また、撮像装置においては、撮像素子４２以外の撮像機能を要する撮像部を採用してもよい。撮像素子４２により取得された電気信号は、基板４１に搭載された電子部品により所定の電気処理または信号処理が施された後、撮像装置の外部に画像データとして出力される。

＜熱伝導口径板１２＞
熱伝導口径板１２は、レンズと撮像部との間に位置する。本実施形態では、熱伝導口径板１２は、最も被写体側に位置する第１レンズ１１ａと２番目に被写体側に位置する第２レンズ１１ｂとの間に位置する。熱伝導口径板１２は、通過する光の最外位置を決める。

図４は、本実施形態の熱伝導口径板の平面図である。図４には、曲げ加工前の熱伝導口径板が示される。図４に示されるように、熱伝導口径板１２は、板状部１２ｂ、延伸部１２ｃおよびヒータ１２ｄを含んで構成される。本実施形態では、板状部１２ｂおよび延伸部１２ｃは、熱伝導性を有する部材により一体形成される。具体的には、板状部１２ｂおよび延伸部１２ｃは、たとえば、１．０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導率を有する部材により形成されると十分に熱を伝導できるため好ましい。より具体的には、板状部１２ｂおよび延伸部１２ｃは、たとえばアルミニウムおよび銅などの金属により一体形成される。なお、板状部１２ｂおよび延伸部１２ｃは、プリントフレキシブル基板または高熱電導性樹脂などにより一体形成されてもよい。板状部１２ｂは、被写体からの光を撮像素子４２へ通過させる貫通孔であって光軸を中心とする貫通孔１２ａを含む円環形状を有する板状の部材である。

図３および図４に示されるように、延伸部１２ｃは、板状部１２ｂから基板４１に向かって伸びる、矩形の表面を有する板状の部材である。詳細には、延伸部１２ｃは、板状部１２ｂの外縁の一部に接続される第１端と、第２端とを有する。延伸部１２ｃは、熱伝導口径板１２の曲げ加工前の状態において、ｙ軸＋側に向かって伸びている。延伸部１２ｃは、板状部１２ｂの近傍の位置Ａにおいて曲げ加工されることにより屈曲部１２ｅが形成される。これにより、延伸部１２ｃの延伸方向が、ｙ軸＋側からｚ軸＋側に変換される（図３参照）。延伸部１２ｃは、撮像装置に取り付けられた状態において、第１レンズ１１ａよりもｚ軸＋側であって第２レンズ１１ｂよりもｚ軸−側に設けられたレンズ鏡筒１ｂの貫通部１ｃに挿通し、レンズ鏡筒１ｂの外側に設けられる。延伸部１２ｃは、貫通部１ｃに対するｚ軸＋側において、貫通部１ｃから基板４１の近傍に向かって光軸から離れる方向に延伸し、基板４１の近傍で延伸方向がｙ軸−側に変換されるように曲げ加工され、第２端が基板４１に接続される。

図４に示されるように、熱伝導口径板１２は、熱源に接続される。本実施形態では、熱伝導口径板１２の表面には、熱源となるヒータ１２ｄが貫通孔１２ａの周囲に沿って設けられる。詳細には、ヒータ１２ｄは、たとえばニッケルクロム線および鉄クロム線などの電熱線である。なお、ヒータ１２ｄは、シーズ線であってもよい。ヒータ１２ｄは、延伸部１２ｃの第２端のｘ軸−側に位置し、基板４１に電気的に接続される第１端と、延伸部１２ｃの第２端のｘ軸＋側に位置し、基板４１に電気的に接続される第２端と、を有する。ヒータ１２ｄは、第１端から延伸部１２ｃの延伸方向に沿って板状部１２ｂへ伸びる第１延伸部１２ｄａと、第１延伸部１２ｄａに接続され、貫通孔１２ａの周囲に沿って引き廻される周回部１２ｄｂと、周回部１２ｄｂに接続され、延伸部１２ｃの延伸方向に沿って伸び、第２端に至る第２延伸部１２ｄｃと、を含む。ヒータ１２ｄの第１端および第２端間には、基板４１から電圧が印加される。これにより、ヒータ１２ｄに電流が流れて加熱し、第１レンズ１１ａの周囲の温度を上昇させることができる。また、熱伝導性を有する板状部１２ｂおよび延伸部１２ｃが、ヒータ１２ｄから放出される熱を伝導することで、第１レンズ１１ａの周囲の温度を非局所的（広域的）に上昇させることができる。

熱伝導口径板１２の表面には、光の反射を抑制する処理が施されている。具体的には、熱伝導口径板１２は、黒塗装および黒レジスタといった表面処理および塗装処理などが施されることにより可視光線の反射率が所定値以下になるように抑制されている。

上記構成の撮像装置によれば、通過する光の最外位置を決めるための熱伝導口径板１２に加熱機能を与えることができるので、撮像装置の構成を簡素化することができるとともに、第１レンズ１１ａのケース内部側の温度をより高くすることができる。これにより、たとえば低い外気温下で撮像装置を使用する場合においても、第１レンズ１１ａの結露の発生を抑制することができる。すなわち、簡素な構成で、レンズの結露を抑制することができる。

また、上記構成の撮像装置では、熱伝導口径板１２が、被写体からの光を撮像素子４２へ通過させる貫通孔１２ａを有する板状部１２ｂと、板状部１２ｂから基板４１に向かって伸びる延伸部１２ｃと、を含む。これにより、基板４１と板状部１２ｂとの接続を簡素な形状で実現することができるので、撮像装置の製造工程が複雑化することを防ぐとともに、製造コストを低減することができる。また、基板から板状部への電力および熱などの供給を行うことができる。

また、上記構成の撮像装置では、ヒータ１２ｄが、貫通孔１２ａの周囲に沿って設けられ、熱源となるため、貫通孔１２ａの周囲を直接加熱することができるので、第１レンズ１１ａの光軸周辺を効率よく加熱することができる。これにより、被写体からの光の結露による散乱を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の撮像装置では、熱伝導口径板１２の表面には、光の反射を抑制する処理が施されているため、たとえば、熱伝導口径板１２の表面からの反射に基づく迷光などを抑制することができるので、撮影した画像の質をより良くすることができる。

また、本実施形態の撮像装置では、熱伝導口径板１２が、熱伝導性を有するため、熱源からの熱を熱伝導口径板１２全体に行き渡らせて放熱させることができるので、第１レンズ１１ａのケース内部側を良好に加熱することができる。

また、本実施形態の撮像装置では、レンズ鏡筒１ｂは、最も被写体側に位置する第１レンズ１１ａ、および２番目に被写体側に位置する第２レンズ１１ｂを保持し、熱伝導口径板１２が、第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂとの間に位置する。これにより、外気温の影響を受けやすいために結露の発生しやすい第１レンズ１１ａを効率よく加熱することができるので、第１レンズ１１ａにおける結露の発生を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の撮像装置では、防水シール１５が、第１レンズ１１ａとレンズ鏡筒１ｂとの間に配置されるため、外部からの水および水蒸気の侵入を抑制することができるので、ケース内部の湿度上昇を防ぐことができる。これにより、第１レンズ１１ａの結露が発生しにくい状態を維持することができる。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

本実施形態の撮像装置において、ヒータ１２ｄが、貫通孔１２ａの周囲に沿って設けられ、熱源となる構成について説明したが、熱伝導口径板１２が、熱源となる電子部品に接続される構成であってもよい。具体的には、たとえば、熱伝導口径板１２の延伸部１２ｃの第２端が、撮像素子４２または他の電子部品に、撮像素子４２または他の電子部品の発熱が延伸部１２ｃに伝導するように接続される。これにより、撮像素子４２または他の電子部品が消費した電力に基づく廃熱を利用して第１レンズ１１ａを加熱することができるので、撮像装置におけるエネルギーを有効に活用しつつ、第１レンズ１１ａの結露を抑制することができる。

また、本実施形態の撮像装置において、レンズ鏡筒１ｂが、第１レンズ１１ａ、第２レンズ１１ｂ、第３レンズ１１ｃおよび第４レンズ１１ｄを保持する構成について説明したが、レンズ鏡筒１ｂが保持するレンズの枚数は、３枚以下または５枚以上であってもよい。

また、本実施形態の撮像装置において、熱伝導口径板１２の板状部１２ｂの外形が円形である構成について説明したが、板状部１２ｂの外形は、多角形などの円形以外の形状であってもよい。

また、本実施形態の撮像装置において、熱伝導口径板１２が、板状部１２ｂおよび延伸部１２ｃを含む構成について説明したが、熱伝導口径板１２が延伸部１２ｃを含まない構成であってもよい。この場合、電力または熱が、板状部１２ｂに直接供給される。

また、本実施形態の撮像装置において、防水シール１５が、第１レンズ１１ａとレンズ鏡筒１ｂとの間に配置される構成について説明したが、防水シール１５は、第１レンズ１１ａ以外のレンズ、たとえば第２レンズ１１ｂ、第３レンズ１１ｃまたは第４レンズ１１ｄなどとレンズ鏡筒１ｂとの間に配置される構成であってもよい。

本発明は、車載用の撮像装置およびモバイル用途の撮像装置などとして好適に利用される。

１ａ…フロントケース
１ｂ…レンズ鏡筒
１ｃ…貫通部
１ｄ…大径部
１ｅ…中径部
１ｆ…小径部
１ｇ…段差部
１１…レンズ群
１１ａ…第１レンズ１１
１１ｂ…第２レンズ１１
１１ｃ…第３レンズ１１
１１ｄ…第４レンズ１１
１１ａｓ…Ｌ型溝部１１
１２…熱伝導口径板
１２ａ…貫通孔
１２ｂ…板状部
１２ｃ…延伸部
１２ｄ…ヒータ
１２ｄａ…第１延伸部
１２ｄｂ…周回部
１２ｄｃ…第２延伸部
１２ｅ…屈曲部
１３…第１口径板
１４…第２口径板
１５…防水シール
４１…基板
４２…撮像素子

Claims (8)

1. 撮像部を搭載する基板と、
   レンズを保持するレンズ鏡筒と、
   前記レンズと前記撮像部との間に位置し、熱源に接続された口径板と、を備える、
   撮像装置。
2. 前記口径板は、被写体からの光を前記撮像部へ通過させる貫通孔を有する板状部と、前記板状部から前記基板に向かって伸びる延伸部と、を含む、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記口径板は、被写体からの光を前記撮像部へ通過させる貫通孔を有し、
   前記貫通孔の周囲に沿って設けられ、前記熱源となるヒータをさらに備える、
   請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記基板は、電子部品を搭載し、
   前記口径板は、前記熱源となる前記電子部品または前記撮像部に接続される、
   請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記口径板の表面には、光の反射を抑制する処理が施されている、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記口径板は、熱伝導性を有する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記レンズ鏡筒は、最も被写体側に位置する第１レンズ、および２番目に前記被写体側に位置する第２レンズを保持し、
   前記口径板は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に位置する、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記レンズと前記レンズ鏡筒との間に配置された防水シールをさらに備える、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。

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