JP5247309B2 - 撮像素子冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を具備する撮像装置に着脱可能な撮像素子冷却装置に関するものである。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いた撮像装置（特にデジタルスチルカメラ）においては、暗電流の影響で画像にノイズが発生することがある。

現在の撮像素子はかなりノイズ対策が進んでいるが、それでも信号利得を大きくした時（ゲインアップ時）にはこの暗電流ノイズが目立ってくる。このノイズは撮像素子が高温であるほど大きくなる。その為、撮像素子をペルチェ素子などの電子冷却素子を用いて冷却し、ノイズを抑える技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、撮像素子の背面に電子冷却素子を配置することで、該撮像素子が発生する熱を吸収し、電子冷却素子背面には放熱部材が設けられている。また、特許文献２では、通常は撮像素子の冷却は行わず、必要な時に撮像装置の背面に冷却部材を充填して該撮像素子の冷却を行っている。
特開２００６−０３３０３１号公報 特開２００１−２６８４２０号公報

しかしながら、特許文献１においては、撮像素子の冷却効率は大きいものの、撮像装置が厚み方向（撮影光軸方向）に厚くなってしまう。この点に鑑み、撮像装置の薄型化を図ろうとすると、放熱部材、電子冷却素子が小型になり、冷却効率が下がってしまう。

特許文献２においても、撮像素子の冷却効率は高いが、撮像装置が厚み方向に厚くなってしまう。また、最近の撮像装置は背面に液晶モニターを設けるのが一般的である。したがって、上記のような構造では冷却部材の充填口と干渉する為、大きな液晶モニターを配置できないという問題もあった。

（発明の目的）
本発明の目的は、薄型で、且つ冷却効果の高い撮像素子冷却装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子を具備する撮像装置に着脱可能な撮像素子冷却装置であって、前記撮像装置の底面部に前記撮像素子冷却装置を着脱する着脱部と、前記撮像装置に前記撮像素子冷却装置が装着された際、前記撮像装置の温度を検出する温度検出手段と、前記撮像素子を冷却させるための電子冷却手段と、前記温度検出手段の出力に基づいて前記電子冷却手段の駆動制御を行う冷却制御手段と、前記電子冷却手段に供給する電力を保有する電池収納部と、電子冷却手段に接続された放熱板フィンとを有し、前記放熱板フィン、前記電池収納部、および前記冷却制御手段は、前記電子冷却手段を挟んで前記撮像素子と反対側に配置され、且つ前記底面部と平行な方向に配置されていること撮像素子冷却装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子と、該撮像素子に生じる熱を底面部に伝導する熱伝導部材と、前記撮像素子に生じる熱が規定温度未満の場合は、前記底面部と前記熱伝導部材が当接しないように、前記熱伝導部材を位置変化させる部材とを有する撮像装置に着脱可能な撮像素子冷却装置であって、前記撮像装置の底面部に前記撮像素子冷却装置を着脱する着脱部と、 前記撮像装置に装着された際、前記撮像装置の前記熱伝導部材に当接して、前記熱伝導部材を介して前記撮像素子を冷却させるための冷却手段と、前記冷却手段の駆動を一定の電力で行う冷却駆動手段とを有する撮像素子冷却装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子と、該撮像素子の近傍に設けられる温度検出手段と、撮像装置に装着された撮像素子冷却装置の冷却能力を低減させる冷却能力低減手段と、前記撮像素子の温度が規定温度未満になると前記冷却能力低減手段の駆動制御を行い、前記撮像素子冷却装置の冷却能力の低減を制御する冷却能力制御手段とを有する撮像装置に着脱可能な撮像素子冷却装置であって、前記撮像装置の底面部に前記撮像素子冷却装置を着脱する着脱部と、前記撮像装置に装着された際、前記撮像素子を冷却させるための冷却手段と、前記冷却手段の駆動を一定の電力で行う冷却駆動手段とを有する撮像素子冷却装置とするものである。

本発明によれば、薄型で、且つ冷却効果の高い撮像素子冷却装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１ないし４に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わる撮像装置を示す側面断面図である。図１において、１１はカメラ本体、１２はカメラ本体１１にマウント１４を介して着脱可能なレンズ鏡筒、１３はレンズ鏡筒１２に設けられた撮影光学系である。

撮影光学系１３により取り込まれる被写体像は、被写体観察時にはクイックリターンミラー１５により反射されてペンタプリズム１６に入射し、その後接眼光学系１７を介して被写体像として撮影者の観察に供される。ペンタプリズム１６及び接眼光学系１７でファインダ光学系を形成している。

クイックリターンミラー１５はハーフミラーになっている。このクイックリターンミラー１５を透過した被写体光束は、サブミラー１８に反射され、フィールドレンズ１９、ＡＦ（オートフォーカス）ミラー１１０、めがねレンズ１１１を透過してＡＦセンサ１１２の面に結像される。ＡＦセンサ１１２はめがねレンズ１１１を介した２像の位相差によりデフォーカスを検出する。

上記のフィールドレンズ１９、ＡＦミラー１１０、めがねレンズ１１１およびＡＦセンサ１１２により、公知の合焦検出装置を構成する。

撮像素子１１４の撮像面（撮影光学系１３に対向する面）の裏面側が取り付けられた撮像回路基板１１５の裏面には、グラファイトシートなどの熱伝導部材１１９が接触している。この熱伝導部材１１９は、撮像素子１１４の裏面と撮像回路基板１１５を介して接する第１面１１９ａと、撮像素子１１４の側面と対向する第２面１１９ｂの少なくとも２つの平面で構成されている。熱伝導部材１１９の第２面１１９ｂは、カメラ本体１１の底面１２１に設けられた放熱板２１に接触している。ここで、熱伝導部材１１９や放熱板２１が熱伝導手段を成す。尚、１１６はカメラ本体１１の背面に設けられた液晶表示素子であり、１１８はメインＣＰＵ、１１７はメインＣＰＵが実装されたメイン基板である。

放熱板２１の一部はカメラ本体１１の底面１２１より露出しており、熱伝導部材１１９からの熱の放熱を行う。カメラの底面１２１は操作部材や表示部材が設けられておらず、表面積の広いので放熱板２１を大きくする事ができ、効率よい放熱が行える。

カメラ底面１２１には、撮像素子冷却装置１２３が装着されている。この撮像素子冷却装置１２３はカメラ本体１１のねじ孔部１１ａに対してビス１２３ｄで着脱可能であり、必要時にカメラ本体１１に取り付けられ、普段は外される事で、カメラ本体１１の携帯性を高めている。

撮像素子冷却装置１２３は、ペルチェ素子などの電子冷却素子１２３ａ、放熱フィン１２３ｂ、電源である電池１２３ｃ、前述したビス１２３ｄ、撮像装置内の温度を検出する温度検出部１２３ｅを具備する。さらには、電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行う冷却制御部１２３ｆを具備する。

ここで、本実施例１においては、温度検出部１２３ｅが撮像素子冷却装置１２３より外部に露出している。そして、カメラ本体１１に撮像素子冷却装置１２３が装着された時に温度検出部１２３ｅの先端がカメラ本体１１内に挿入され、前述した熱伝導部材１１９と当接する構成になっている。

撮像素子冷却装置１２３の外装部１２３ｇは、上記レイアウトになる様に温度検出部１２３ｅを保持する保持部となっている。その為、撮像素子冷却装置１２３は熱伝導部材１１９を介して撮像素子１１４の発熱温度を検出する事ができ、その結果に基づいて冷却制御部１２３ｆが電子冷却素子１２３ａを後述のようにして駆動制御する。よって、撮像素子１１4を常に適温に保つことができる。

撮像素子１１４の発生ノイズが低温ほど少なくなる訳であるが、温度が低すぎると結露を生じるなどの問題を起こす可能性がある。その為、冷却温度の制御が必要である。

なお、カメラ本体１１の内部に温度検出部１２３ｅを設け、その結果を撮像素子冷却装置１２３に伝えて電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行う方法も考えられる。しかし、その場合には、カメラ本体１１の内部に温度検出部１２３ｅの出力信号を撮像素子冷却装置１２３に伝えるための信号伝達部が必要となる。前述したように撮像素子冷却装置１２３はカメラ本体１１と着脱可能な関係にあり、互いの信号をやり取りするためには信頼性のある接触端子を複数用意する必要があるばかりでなく、信号のやり取りの為の制御など装置が複雑になってしまう。

そこで、本実施例１においては、撮像素子１１４の冷却制御を行いながらも、カメラ本体１１との信号のやり取りを省く事で、小型、軽量な撮像素子冷却装置１２３を実現している。

図２は、電子冷却素子１２３ａ、温度検出部１２３ｅ、電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行う冷却制御部１２３ｆの関係を示すブロック図である。温度検出部１２３ｅによるカメラ本体１１内部の温度信号は比較部１２３ｉにより基準温度１２３ｈと比較され、その差信号が冷却制御部１２３ｆに入力される。冷却制御部１２３ｆは電子冷却素子１２３ａを駆動する回路部を具備している。そして、上記差信号が大きいとき（撮像素子１１４の温度が規定値よりも高いとき）は、その差に応じて電子冷却素子１２３ａの冷却能力（駆動電力）を高める公知のフィードバック回路を構成している。

撮像素子冷却装置１２３の主電源スイッチ（不図示）が操作されると、電池１２３ｃから電子冷却素子１２３ａ、温度検出部１２３ｅ、冷却制御部１２３ｆに電力が供給される。そして、電子冷却素子１２３ａが駆動制御可能な状態になり、図２で説明したように、温度検出部１２３ｅにより検出された温度信号と基準温度１２３ｈとの比較結果に応じて電子冷却素子１２３ａの冷却能力を制御することになる。また、主電源スイッチがオンの時は、外装部１２３ｇに設けられた表示ランプ（不図示）が点灯して、主電源がオンになったことが表示される。

このように、簡単なアナログ回路で電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行っているので、撮像素子冷却装置１２３はコンパクト且つ安価に実現できる。

上記実施例１によれば、撮像素子冷却装置１２３を、撮像装置の温度を検出する温度検出部１２３ｅの出力に基づいてペルチェ素子などの電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行い、撮像装置に具備される撮像素子１１４の冷却制御を行うものとしている。そして、撮像素子１１４のノイズを抑えるようにしている。また、撮像素子冷却装置１２３は撮像装置の底面部に着脱可能な構造として、撮像装置の薄型化を達成している。

詳しくは、撮像素子冷却装置１２３は、撮像素子１１４を具備する撮像装置（カメラ本体１１）の底面部（底面１２１）に撮像素子冷却装置１２３を着脱する着脱部（ビス１２３ｄ）を有する。さらに、撮像装置に装着された際、撮像装置（放熱板２１）に当接するように保持部（外装部１２３ｇ）により保持され、撮像装置の温度を検出する温度検出手段である温度検出部１２３ｅを有する。さらには、撮像素子１１４を冷却させる冷却手段である放熱板２１および電子冷却素子１２３ａを有する。さらに、温度検出部１２３ｅの出力に基づいて電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行う、つまり撮像装置の温度が規定値以上とならないように駆動制御を行う冷却制御手段である冷却制御部１２３ｆを有する。

よって、薄型で、且つ冷却効果の高い撮像装置を実現可能にしている。また、このような構成とすることにより、背面に大きな液晶モニターを配置すること妨げることのない撮像装置とすることができる。

図３は本発明の実施例２に係る撮像装置の構成を示す側面断面図であり、図１と同じ機能を有する部材は同一符号を付し、その説明は省略する。

上記実施例１と違いは、温度検出部１２３ｅの先端がカメラ本体１１の内部に挿入されておらず、カメラ底面１２１と接触している点である。カメラ本体１１には特別な機構は設けられておらず、温度検出部１２３ｅは撮像素子１１４からの熱をカメラ本体１１の外装を通して底面１２１で検出する。カメラの種類によっては外装（筐体）がマグネシウムなどの金属であり、熱伝導が高い構造になっている。

冷却制御部１２３ｆは、カメラ底面１２１、カメラ本体１１の外装を介して温度検出部１２３ｅからの温度信号に基づいて電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行い、撮像素子１１４の冷却制御を行う。

このような構成にすると、カメラ本体１１側に特別な機構を設ける必要がない為に、様々な撮像装置に装着できる撮像素子冷却装置１２３を実現できる。

上記実施例２によれば、上記実施例１と同様、撮像装置の温度を検出する温度検出部１２３ｅの出力に基づいて電子冷却素子１２３ａの駆動制御を行い、撮像素子１１４の冷却制御を行う撮像素子冷却装置１２３としている。そして、撮像素子１１４のノイズを抑えるようにしている。また、撮像素子冷却装置１２３は撮像装置の例えば底面側に着脱可能な構造として、カメラの薄型化を達成している。

詳しくは、撮像素子冷却装置１２３は、撮像素子１１４を具備する撮像装置（カメラ本体１１）の底面部（底面１２１）に撮像素子冷却装置１２３を着脱する着脱部（ビス１２３ｄ）を有する。さらに、撮像装置に装着された際、撮像装置内に挿入されるように撮像装置の保持部（外装部１２３ｇ）に保持され、撮像装置の温度を検出する温度検出手段である温度検出部１２３ｅを有する。さらには、撮像素子１１４を冷却する冷却手段である放熱板２１および電子冷却素子１２３ａと、温度検出部１２３ｅの出力に基づいて電子冷却素子１２３ａを駆動制御する冷却制御手段である冷却制御部１２３ｆとを有する。

以上の様な構成により、薄型で、且つ冷却効果の高い撮像装置を実現可能にしている。また、このような構成とすることにより、背面に大きな液晶モニターを配置すること妨げることのない撮像装置とすることができる。

図４は本発明の実施例３に係わる撮像装置の側面断面図であり、図１及び図３と同様の構成部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。

上記実施例１および２と同様、着脱可能な撮像素子冷却装置１２３とカメラ本体１１との間で通信は行わないシステムにおいて、撮像素子冷却装置１２３側で撮像素子１１４の冷却の制御を行う構成のものである。なお、撮像素子冷却装置１２３の電子冷却素子１２３ａは常に一定の電力で冷却制御部１２３ｆにより駆動されているものとする。

図４においては、撮像素子１１４の背面に設けられたグラファイトシートなどの熱伝導部材１１９は、引っ張りコイルばね２２により付勢されて放熱板２１に当接している。その為、撮像素子１１４が規定温度以上の場合は、電子冷却素子１２３ａが冷却制御部１２３ｆにより駆動制御されているので、放熱板２１、熱伝導部材１１９を介して撮像素子１１４が冷却されることになる。

ここで、形状記憶合金などで形成された感温バネ２３は熱伝導部材１１９が所定の温度以下になると縮む特性を有しており、撮像素子１１４が規定温度未満まで冷えると熱伝導部材１１９を図４中、上方に引き上げて放熱板２１との当接を解除する。その為、それ以上、撮像素子１１４が冷えることがない。

この様に冷却を行う部分と、その制御を行う部分が独立している。そして、着脱可能に設けられた撮像素子冷却装置１２３の電子冷却素子１２３ａは常に一定の電力で冷却制御部１２３ｆにより駆動されているのみであり、温度変化に基づく駆動制御は行っていない。しかしながら、上記の様にカメラ本体１１の内部で感温バネ２３が熱伝導の制御を行っているので、撮像素子１１４の冷えすぎ、結露の問題を回避している。

上記実施例３における撮像素子冷却装置１２３は、上記の効果を得るために、以下の構成要素よりなる。撮像装置（カメラ本体１１）の底面部（底面１２１）に撮像素子冷却装置１２３を着脱する着脱部（ビス１２３ｄ）を有する。さらに、撮像装置に装着された際、撮像装置の熱伝導部材１１９に当接して、熱伝導部材１１９を介して撮像素子１１４を冷却させるための冷却手段である放熱板２１および電子冷却素子１２３ａを有する。さらに、電子冷却素子１２３ａの駆動を一定の電力で行う冷却駆動手段である冷却制御部１２３ｆを有する。

また、撮像装置は、撮像素子１１４に生じる熱を底面部（底面１２１）に伝達する熱伝導部材１１９を有している。さらには、撮像素子１１４に生じる熱が規定温度未満の場合は、底面部と熱伝導部材１１９が当接しないように、熱伝導部材１１９を位置変化させる部材（感温バネ２３）を有している。

図５は本発明の実施例４に係る撮像装置の側面断面図であり、図１、図３および図４と同様の構成部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。

上記実施例３では、図４に示したように感温バネ２３で冷却手段と熱伝導部材の当接制御（熱伝導の制御）を行っていた。これに対し、本実施例４では、図５に示すように撮像素子１１４の背面に温度センサ２５を設け、ここで検出される温度情報に基づいてメインＣＰＵ１１８はカメラ本体１１に設けられた電子冷却素子２６を冷却制御する構成にしている。

なお、カメラ本体１１に設けられた電子冷却素子２６は、撮像素子冷却装置１２３の吸熱を妨げる方向に配置してある。即ち、電子冷却素子２６を冷却制御すると、撮像素子冷却装置１２３による撮像素子１１４の冷却能力が低減するようにしている。

図４の場合と同様に着脱可能に設けられた撮像素子冷却装置１２３の電子冷却素子１２３ａは常に一定の電力で駆動されているのみであり、温度変化に基づく冷却制御は行われていない。しかしながら、上記の様にカメラ本体１１内部で電子冷却素子２６が撮像素子１１４の冷却能力を低減するので、撮像素子１１４の冷えすぎ、結露の問題を回避している。

カメラ本体１１に搭載される電子冷却素子２６は小型であり、撮像素子１１４の発生熱をおさえ、冷却するほどの十分な能力は有していない。又、カメラ本体１１内の電池も小型であり、電子冷却素子２６を駆動して撮像素子１１４を冷却するほどの十分な容量を有していない。しかしながら、能力の高い撮像素子冷却装置１２３の冷却を微調制御する程度の能力は有しており、実施例３の様に当接するかしないかの熱制御より緻密に熱制御ができる。

上記実施例４における撮像素子冷却装置１２３は、上記の実施例３と同様の効果を得るために、以下の構成要素よりなる。撮像装置（カメラ本体１１）の底面部（底面１２１）に撮像素子冷却装置１２３を着脱する着脱部（ビス１２３ｄ）を有する。さらに、撮像装置に装着された際、撮像素子１１４を冷却させるための冷却手段である放熱板２１および電子冷却素子１２３ａを有する。さらに、電子冷却素子１２３ａの駆動を一定の電力で行う冷却駆動手段である冷却制御部１２３ｆとを有する。

また、撮像装置は、撮像素子１１４の近傍に設けられる温度検出手段（温度センサ２５）と、撮像素子冷却装置１２３の冷却能力を低減させる冷却能力低減手段（電子冷却素子２６）とを有する。さらに、前記温度検出手段により前記撮像素子１１４の温度が規定温度未満になったことが検出されると、前記電子冷却素子２６の駆動制御を行い、撮像素子冷却装置１２３の冷却能力の低減を制御する冷却能力制御手段であるメインＣＰＵ１１８を有する。

以上の実施例１ないし４の様な構成により、薄型で、且つ冷却効果の高い撮像装置を実現することが出来、民生品においてノイズの少ない撮像画像を得ることができる。

以上、デジタルカメラを例にして説明を続けてきたが、本発明の装置は薄型で効率良く撮像素子の冷却が可能であるので、デジタルカメラに限らず、デジタルビデオカメラや、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話などにも展開できる。

本発明の実施例１に係る撮像装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施例１に係る冷却制御系の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る撮像装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施例３に係る撮像装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施例４に係る撮像装置の構成を示す側面断面図である。

符号の説明

１１ カメラ本体
１２ レンズ鏡筒
１１４ 撮像素子
１１８ メインＣＰＵ
１１９ 熱伝導部材
１２１ 底面
１２３ 撮像素子冷却装置
１２３ａ 電子冷却素子
１２３ｄ ビス
１２３ｅ 温度検出部
１２３ｆ 冷却制御部
１２３ｇ 外装部
２５ 温度検出部
２６ 電子冷却素子

Claims (4)

1. 撮像素子を具備する撮像装置に着脱可能な撮像素子冷却装置であって、
   前記撮像装置の底面部に前記撮像素子冷却装置を着脱する着脱部と、
   前記撮像装置に前記撮像素子冷却装置が装着された際、前記撮像装置の温度を検出する温度検出手段と、
   前記撮像素子を冷却させるための電子冷却手段と、
   前記温度検出手段の出力に基づいて前記電子冷却手段の駆動制御を行う冷却制御手段と、
   前記電子冷却手段に供給する電力を保有する電池収納部と、
   電子冷却手段に接続された放熱板フィンとを有し、
   前記放熱板フィン、前記電池収納部、および前記冷却制御手段は、前記電子冷却手段を挟んで前記撮像素子と反対側に配置され、且つ前記底面部と平行な方向に配置されていることを特徴とする撮像素子冷却装置。
2. 前記温度検出手段は、前記撮像素子冷却装置が前記撮像装置に装着された際、前記撮像装置に当接するように、保持部により保持されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子冷却装置。
3. 前記温度検出手段は、前記撮像素子冷却装置が前記撮像装置に装着された際、前記撮像装置内に挿入されるように、保持部により保持されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子冷却装置。
4. 前記冷却制御手段は、前記撮像装置の温度が規定値以上にならないように、前記温度検出手段からの出力に基づいて前記電子冷却手段の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像素子冷却装置。

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