JP4840675B2 - 冷却機能を付与したビデオカメラ - Google Patents
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固体撮像素子の冷却には、固体撮像素子パッケージの裏面にペルチェ素子を配し、さらにこのペルチェ素子とヘッド基板との間にヒートパイプを配し、固体撮像素子からの熱をキャビネットまで導いて外気に放熱するもの(特開平8−31993号公報)や水冷式のものも存在するが、その多くはファンによってビデオカメラの筐体内に外気を送り込む空冷によるもの(例えば特開2006−295855号公報)である。
すなわち、ペルチェ素子を使用する電子冷却では、ペルチェ素子を作動させるために大容量の直流電源を必要とするとか、放熱用の金属板が大きなものとなることから、小型のビデオカメラには適用できず、また、水冷式のものはカメラハウジング内部に配置されたパイプに水を循環させてカメラ全体を冷却するものであり、カメラの形状、質量ともに大きくなり、小型カメラには適用できず、また、水漏れが電気回路の故障原因となる問題も内包している。
そしてファンによって外気を筐体内に送り込んで冷却する空冷によるものも、カメラ本体が小型化するにつれてファンも小型化せざるを得ず、冷却に必要な風量が得られないという問題がある。
本発明は、カメラの小型化に伴ってより重要性を増した固体撮像素子の冷却に関する上記各冷却方式が抱える諸問題を解消し、固体撮像素子やLSI等の回路素子の温度上昇に伴って増加する熱雑音と画素ずれ、及び暗電流を抑制するための効果的な冷却機能を付与したビデオカメラの提供を課題とする。
(1)製品の検査又は測定に用いる小型ビデオカメラであって、搭載した固体撮像素子やLSIの温度上昇に伴って増加する熱雑音や画素ずれ等の画質劣化を抑制するため、該ビデオカメラの筐体壁中に冷却媒体を流通させる流通路と、前記流通路に外部から冷却媒体を流通させるための注入口及び排出口とを備え、
前記冷却媒体の流通路が、前記筐体壁中に穿設された垂直方向、水平方向各2本の貫通孔を井桁状に組み合わされて形成されてなり、該貫通孔の合わせて8つの開口のいずれか1つを冷却媒体の注入口に、他のいずれか1つを冷却媒体の排出口とし、そして残りの6つの開口を封止部材で封じることによって形成されてなることを特徴とする冷却機能を付与したビデオカメラ。
〈1〉請求項1の発明によれば
製品の検査又は測定に用いる小型ビデオカメラの筐体壁中に冷却媒体を流通させる流通路と、前記流通路に外部から冷却媒体を流通させるための注入口及び排出口とが設けられているので、
(a)前記注入口から冷却媒体を流通路に注入して筐体を直接冷却することによって筐体内空間の温度が低下して固体撮像素子を冷却するため、従来のビデオカメラで行われてきた筐体内にファンによって外気を送り込む冷却方法に比べて格段に高い冷却効果が得られ、したがって、固体撮像素子の温度上昇に伴って増加する熱雑音、暗電流を効果的に低減でき、かつ固体撮像素子の恒温動作が可能となるので温度変化によって生ずる画素ずれが防止でき、高品質、高安定な画像信号が提供できる。
(b)また、上記のように固体撮像素子の冷却が、格段に高い冷却効果を伴って実現できることから、近年高画素数化が進み、さらにA/D変換回路等が周囲に搭載されて高発熱源化している高画素数固体撮像素子の小型筐体への収容が容易となり、高画素数化と小型化が要求されるFAシステム用ビデオカメラに適合した小型ビデオカメラが提供できる。
(c)さらに、前記冷却機能が付与された小型ビデオカメラは、筐体自体が冷却されるため周囲温度に左右されることなく、したがって、該ビデオカメラを収容するハウジング等が不要となりどんな場所にでも容易に設置して使用できる。
(d)前記筐体内部に穿設された井桁状の流通路に冷却媒体が注入されることによって、前記筐体が均等に冷却され、高発熱源である固体撮像素子の画素全域を四囲から均等に効率よく冷却するため、固体撮像素子の温度上昇に伴って増加する熱雑音、暗電流を効果的に低減することができる。
(e)また、前記貫通孔の合わせて8つの開口のいずれか1つを冷却媒体の注入口に、他のいずれか1つを冷却媒体の排出口とすることができるため、前記ビデオカメラの取り付け場所、取り付け位置によって注入口と排出口の位置を任意に選択でき、該ビデオカメラを用いたシステムの構築自由度が高まる。
(f)さらに、前記注入口及び排出口として使用しなかった残りの6つの開口をビス等の封止部材で封止する構成としたため、量産して多くの顧客の要望に対応できる多目的用途の小型カメラが提供できる。
請求項1の効果に加えて、
前記冷却媒体が、−60℃〜15℃の冷却空気であり、前記筐体が前記の温度範囲の冷却空気に対応できるものであるため、前記ビデオカメラの設置位置周囲の環境温度によって前記冷却空気の温度を適正値に選択できるので、例えば、冷却空気の供給部材としてのボルテックチューブの大きさや、圧搾空気供給源としてのコンプレッサ装置を適正規模のものとして選択使用できる。
請求項1及び2の効果に加えて、
CCDやC−MOS等の固体撮像素子のパッケージ底面に、熱伝導率の高い素材でなる第1の放熱板が装着され、該第1の放熱板が前記筐体に固定されているので、
(a)前記固体撮像素子の冷却が、筐体壁中の流通路に注入された冷却媒体による筐体内部空間の冷却空気によるものに加え、さらに前記冷却媒体によって冷却された筐体に固定された前記第1の放熱板1を介して固体撮像素子パッケージの底面を直接冷却することができ、固体撮像素子のより効果的な冷却が可能となる。(b)また、固体撮像素子パッケージの底面を直接冷却するため、固体撮像素子の全画素をほぼ均等な温度に冷却でき、したがって、全画素に亘って均一な熱雑音、暗電流となり、シェーディング等の画質低下のない高品質で高安定な画像信号が得られる。
請求項1〜3の効果に加えて、
前記固体撮像素子のパッケージ底面に装着した第1の放熱板と前記固体撮像素子を装着する基板との間に、シリコン放熱シート等の熱伝導率の高い絶縁体が挟装されているので、
(a)前記基板上に装着されたLSI等回路素子の発熱は、前記シリコンゴム等の高い熱伝導率によって第1の放熱板に伝達され、冷却された筐体との間で熱交換による放熱が行われるため、筐体内の温度上昇を防止でき、固体撮像素子へ影響を及ぼすことはない。
(b)また、前記第1の放熱板と前記基板との間に挟設されたシリコン放熱シート等の絶縁体が前記基板上に装着されたLSI等の回路素子が前記第1の放熱板に当接するのを防止しているため、電気的な接触事故の発生のおそれがない。
請求項1〜4の効果に加えて、
前記基板の裏面に固体撮像素子の駆動回路や映像処理回路のLSI等の回路素子が配設され、該回路素子がシリコン放熱シート等の熱伝導率の高い絶縁体を介して、これも熱伝導率の高い素材でなる第2の放熱板に圧接され、該第2の放熱板が前記筐体に固定されているので、請求項4の発明の効果と同様に、
(a)前記基板の裏面に装着されたLSI等回路素子の発熱は、前記シリコン放熱シート等の高い熱伝導率によって第2の放熱板に伝達され、冷却された筐体との間の熱交換による放熱が行われるため、筐体内の温度上昇を防止でき、固体撮像素子へ影響を及ぼすことはない。
(b)また、前記第1の放熱板と前記基板との間に配設されたシリコン放熱シート等の絶縁体が、前記基板上に装着されたLSI等回路素子が前記第2の放熱板に当接するのを防止しているため、電気的な接触事故の発生のおそれがない。
図1は本発明の冷却機能を付与したビデオカメラの一実施例の斜視図、図2は図1に示す冷却機能を付与したビデオカメラの断面図、図3は筐体に穿設された流通路の形状と冷却媒体流通路の形成方法の説明図である。
図において1は冷却機能を付与したビデオカメラ、2は筐体、3は注入口、4は排出口、5は封止部材、6は流通路、7は固体撮像素子、8は第1の放熱板、8’は第2の放熱板、9は絶縁体、10は基板である。
したがって、本発明の冷却機能を付与したビデオカメラは、取り付け場所、取り付け位置によって注入口3と排出口4の位置を任意に設定できる自由度を備えている。
例えば図1及び図3(a)に示すように、注入口3と排出口4をともに筐体2の上面に設けることや、図3(b)のように注入口3を筐体2の上面に、排出口4を筐体2の底面に設けること、あるいは図3(c)に示すように、注入口3を筐体2の上面に、排出口4を筐体2の側面下方の開口に設けることもできる。
その他図示しないが注入口3と排出口4をともに筐体2の底面や、同一側面に設けること、及び注入口3と排出口4を筐体2の左右の側面に分けて設けることもできる。ただし、注入口3と排出口4の位置の選択に当たっては、冷却媒体が井桁状の流通路6内をほぼ均等に流れ、固体撮像素子7をその四囲から均等に冷却できるように冷却媒体が流れるよう配慮すべきことは言うまでもない。
また、高温雰囲気下で使用する場合には周囲温度によって筐体の冷却効果が損なわれるのを防止するため筐体の外側面に断熱材を装着することも好ましい。
そしてこの第1の放熱板8が装着された固体撮像素子7は、固体撮像素子7の駆動回路や、画像処理回路のLSIなどとともに基板10に搭載されるが、この基板10と前記第1の放熱板8との間には、シリコン放熱シート等の熱伝導率の高い絶縁体9が挟設されており、前記基板10に搭載されたLSIなどからの発熱を前記第1の放熱板8に伝達するとともに、銅板などの熱伝導率の高い第1の放熱板8との電気的接触を防止している。
さらに、基板10の裏面に配着されたLSI等の回路素子の発熱も、シリコン放熱シート等の熱伝導率の高い絶縁体9を介して圧接されたこれも熱伝導率の高い素材でなる第2の放熱板8’を介して前記筐体に伝達され放熱される構造となっている。
したがって、前記固体撮像素子7やLSIなどの回路素子から発生した熱は、前記第1の放熱板8及び第2の放熱板8’を介して冷却された筐体に伝達されて放熱されるので、前記固体撮像素子7の温度上昇は避けられ、恒温動作が実現される。しかも第1の放熱板8が固体撮像素子7のパッケージ裏面に密着されているので、固体撮像素子7全体が均等に冷却されることになり、全画素に亘って均一な熱雑音、暗電流となり、シェーディング等の画質低下のない高品質で高安定な画像信号が得られる。
2:筐体
3:注入口
4:排出口
5:封止部材
6:流通路
7:固体撮像素子
8:第1の放熱板
8’:第2の放熱板
9:絶縁体
10:基板
Claims (5)
- 製品の検査又は測定に用いる小型ビデオカメラであって、搭載した固体撮像素子(7)やLSIの温度上昇に伴って増加する熱雑音や画素ずれ等の画質劣化を抑制するため、該ビデオカメラ(1)の筐体(2)壁中に冷却媒体を流通させる流通路(6)と、前記流通路(6)に外部から冷却媒体を流通させるための注入口(3)及び排出口(4)とを備え、
前記冷却媒体の流通路(6)が、前記筐体(2)壁中に穿設された垂直方向、水平方向各2本の貫通孔を井桁状に組み合わされて形成されてなり、該貫通孔の合わせて8つの開口のいずれか1つを冷却媒体の注入口(3)に、他のいずれか1つを冷却媒体の排出口(4)とし、そして残りの6つの開口を封止部材(5)で封じることによって形成されてなることを特徴とする冷却機能を付与したビデオカメラ。 - 前記冷却媒体が、−60℃〜15℃の冷却空気であることを特徴とする請求項1に記載の冷却機能を付与したビデオカメラ。
- CCDやC−MOS等の固体撮像素子(7)のパッケージ底面に、熱伝導率の高い素材でなる第1の放熱板(8)が装着され、前記第1の放熱板(8)が前記筐体(2)に固定されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却機能を付与したビデオカメラ。
- 前記固体撮像素子(7)のパッケージ底面に装着した第1の放熱板(8)と前記固体撮像素子を装着する基板(10)との間に、シリコン放熱シート等の熱伝導率の高い絶縁体(9)が挟装されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷却機能を付与したビデオカメラ。
- 前記基板(10)の裏面に固体撮像素子(7)の駆動回路や映像処理回路のLSI等の回路素子が配設され、該回路素子がシリコン放熱シート等の熱伝導率の高い絶縁体(9)を介して、これも熱伝導率の高い素材でなる第2の放熱板(8’)に圧接され、該第2の放熱板(8’)が前記筐体(2)に固定されてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷却機能を付与したビデオカメラ。
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