JP2003304420A

JP2003304420A - 撮像装置および撮像方法

Info

Publication number: JP2003304420A
Application number: JP2002110344A
Authority: JP
Inventors: Shin Komata; 慎小俣
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＣＤ撮像素子を短時間で冷却することによ
って、画質の向上と省電力化を図ることができ、さらに
冷却機構を着脱自在とすることによって、デジタルカメ
ラの携帯性を維持する。【解決手段】レンズ部１１を介してＣＣＤ撮像素子１
２に被写体の像が結像される。ＣＣＤ保持部１３の保持
面には、ＣＣＤ撮像素子１２が保持され、保持部１３の
接触面１４には、温度センサ１５が設けられている。演
算部１６では、カメラパラメータ部１７からデジタルカ
メラ１を設定するために必要なさまざまなパラメータが
供給される。表示部１８には、デジタルカメラのさまざ
まな設定、温度センサ１５で検出される温度、ＣＣＤ撮
像素子１２の温度が撮影に適した温度であるか否かの表
示などが表示される。挿入路１９には、着脱自在の冷却
ユニット２の接触部２１が挿入されたときに、挿入部２
１と接触面１４とが接触するように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、温度が上昇する
ことによってその特性が落ちる固体撮像素子、例えばＣ
ＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子を短時間で冷
却することができる撮像装置および撮像方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＶＴＲ一体型デジタルビデオカメ
ラやデジタルスチルカメラ（以下、これらを総じて「デ
ジタルカメラ」と称する）では、撮像部に例えばＣＣＤ
撮像素子が搭載されている。このようにＣＣＤ撮像素子
が搭載されているデジタルカメラで撮影すると、ＣＣＤ
撮像素子の温度が上昇する。これは、ＣＣＤ撮像素子に
蓄積された電荷を転送するときに起こる発熱が原因であ
り、ＣＣＤ撮像素子およびその駆動回路から起こる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＣＣＤ撮像素子の温度
上昇に伴ってＣＣＤ撮像素子から出力される信号に含ま
れる暗電流が増加し、黒レベルが基準値より上昇する。
その結果、ＣＣＤ撮像素子から得られる画像のＳ／Ｎ
（Signal / Noise）比が悪化するので、画質は劣化す
る。

【０００４】駆動電力の小さいＣＣＤ撮像素子であって
も１０度前後の温度上昇がある。しかしながら、ＣＣＤ
撮像素子の温度が１０度上昇すると、暗電流は２倍以上
増加する。このため、ＣＣＤ撮像素子を搭載したデジタ
ルカメラにおいて、Ｓ／Ｎ比の良い画像を撮影すること
は困難である。特に、暗い撮影条件下においてアンプゲ
インを大きくしたり、電荷蓄積時間を長くして高感度を
得ようとしたりすると、暗電流の影響が大きくなるの
で、画質が著しく劣化する問題があった。

【０００５】そこで、暗電流を抑えてＳ／Ｎ比の良い画
像を得るために、ＣＣＤ撮像素子を冷却しながら撮影す
るという手法が従来から知られている。（特開平８−１
３０６６８号公報、特開平９−１６２３７９号公報、特
開２０００−２２８７３６号公報など参照）このＣＣＤ
撮像素子を冷却する冷却機構の一例として、ペルチェ素
子を用いたものがある。

【０００６】ペルチェ素子は、異なる金属の接合部に電
流を流すことによって、両金属間に温度差が生じる現象
（ペルチェ効果）を利用した冷却素子である。このペル
チェ素子の吸熱面にＣＣＤ撮像素子を接触させ、放熱面
に放熱板などを接触させることによって、ＣＣＤ撮像素
子の冷却を行うことができる。

【０００７】しかしながら、ペルチェ素子などの冷却機
構でＣＣＤ撮像素子を冷却する場合、その冷却機構はデ
ジタルカメラに内蔵されている（以下「冷却デジタルカ
メラ」と称する）。そのため、冷却機構を備えていない
消費者向けのデジタルカメラと比較すると、冷却デジタ
ルカメラは、その本体の体積が巨大なものになる。

【０００８】その理由として、冷却機構の一例であるペ
ルチェ素子を駆動させるためには、かなりの電力が必要
となり、常時ＣＣＤ撮像素子を冷却するためには莫大な
消費電力が必要となる。現状の消費者向けのデジタルカ
メラの内部に備えているバッテリ（以下「内部バッテ
リ」と称する）では、供給電力が制約され、ペルチェ素
子の能力を充分に発揮できず、充分な冷却を行うことが
できないことも考えられる。従って、ペルチェ素子の能
力を充分に発揮するためには、現状の内部バッテリの容
量を大きくする必要があり、それに伴ってデジタルカメ
ラの形状も大きくなるため、デジタルカメラの携帯性を
損なう問題があった。

【０００９】このようなことから、冷却デジタルカメラ
は、天体観測などの用途に特化された製品となってい
た。なお、この冷却デジタルカメラにおけるＣＣＤ撮像
素子に対する冷却は、連続的に冷却を維持し続けるもの
が殆どであり、一般的な撮影用途としては過剰且つ長時
間な冷却を行うものであった。そのため、冷却デジタル
カメラでは、ＣＣＤ撮像素子周辺の結露の発生が問題と
なり、ＣＣＤ撮像素子周辺の結露対策が必要とされてい
た。

【００１０】これらの理由から、現在に至っても、消費
者向けのデジタルカメラにおいて、ＣＣＤ撮像素子の温
度上昇によって発生する暗電流を根本的に除去するもの
は存在しなかった。

【００１１】しかしながら、ＣＣＤ撮像素子を冷却する
ことによって、容易に暗電流を抑えることができる、す
なわち容易に画質の向上を図ることができるので、消費
者向けのデジタルカメラに冷却機構を搭載したいという
強い要望があった。

【００１２】従って、この発明の目的は、ＣＣＤ撮像素
子を短時間で冷却することによって、画質の向上と省電
力化を図ることができ、さらに冷却機構を着脱自在とす
ることによって、デジタルカメラの携帯性を維持するこ
とができる撮像装置および撮像方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１に記載の発明は、固体撮像素子を有する
撮像装置において、固体撮像素子を短時間で冷却する冷
却手段と、固体撮像素子の温度を検知する温度検知手段
と、固体撮像素子に電荷が蓄積される直前に固体撮像素
子の冷却を開始し、固体撮像素子に蓄積された電荷の転
送を行うように制御する制御手段とを有することを特徴
とする撮像装置である。

【００１４】請求項１２に記載の発明は、固体撮像素子
を有する撮像方法において、固体撮像素子を短時間で冷
却し、固体撮像素子の温度を検知し、固体撮像素子に電
荷が蓄積される直前に固体撮像素子の冷却を開始し、固
体撮像素子に蓄積された電荷の転送を行うように制御す
るようにしたことを特徴とする撮像方法である。

【００１５】固体撮像素子を短時間で冷却することによ
って、固体撮像素子から得られる画像の画質、すなわち
Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。そして、この発明の説明
を容易とするために、デジタルスチルカメラに、この発
明を適用した一実施形態を以下に示す。

【００１７】図１は、この発明が適用された一実施形態
の概略的構成を示す。参照符号１で示すデジタルスチル
カメラでは、レンズ部１１を介してＣＣＤ撮像素子１２
に被写体の像が結像される。ＣＣＤ保持部１３の保持面
には、ＣＣＤ撮像素子１２が保持され、ＣＣＤ保持部１
３の接触面１４には、温度センサ１５が設けられてい
る。この温度センサ１５は、一例としてサーミスタが用
いられる。なお、温度センサ１５が設けられている接触
面１４は、冷却ユニット２と接触する面となる。温度セ
ンサ１５では、ＣＣＤ保持部１３の温度に基づいた信号
が演算部１６へ供給される。

【００１８】演算部１６では、カメラパラメータ部１７
からデジタルスチルカメラ１を設定するために必要なさ
まざまなパラメータが供給される。例えば、焦点制御、
シャッタースピード制御、絞り制御、および露光制御な
どに関するパラメータがカメラパラメータ部１７から演
算部１６へ供給される。演算部１６によって制御される
表示部１８には、レンズ部１１を介して撮像される被写
体や、デジタルスチルカメラのさまざまな設定、温度セ
ンサ１５で検知される温度、ＣＣＤ撮像素子１２の温度
が撮影に適した温度であるか否かの表示などが表示され
る。

【００１９】デジタルスチルカメラ１の本体に設けられ
た挿入路１９には、冷却ユニット２の接触部２１が挿入
される。すなわち、冷却ユニット２は、デジタルスチル
カメラ１に着脱自在とされる。この挿入路１９は、接触
部２１を挿入したときに、挿入部２１と接触面１４とが
接触するように設けられている。

【００２０】ここで、図２を参照して、冷却ユニット２
の一例を説明する。ペルチェ素子２２の吸熱面は、接触
部２１と接触され、ペルチェ素子２２の放熱面は、放熱
機構２３と接触される。放熱機構２３は、一例としてヒ
ートシンクおよび／またはファンから構成される。ペル
チェ素子２２の吸熱面および放熱面の温度が熱電変換部
２４へ供給される。熱電変換部２４は、ペルチェ素子２
２の吸熱面と放熱面との間に生じる温度差を利用して電
力を発生させる。発生した電力は、端子２５および２６
を介してペルチェ素子２２の駆動電力に還元させる。

【００２１】ここで、最大吸熱量が５Ｗのペルチェ素子
を用いてＣＣＤ撮像素子１２の温度変化の一例の特性図
を図３に示す。この図３に示す特性図は、横軸を時間と
し、縦軸をＣＣＤ撮像素子１２の温度とする。この図３
Ａの特性図から、ＣＣＤ撮像素子１２の温度を１０度低
下させるために約１６秒かかる。この時間は、ペルチェ
素子の吸熱量に比例して短縮される。従って、最大吸熱
量が２０Ｗのペルチェ素子を使用すると約４秒でＣＣＤ
撮像素子１２の温度を１０度低下させることが可能であ
る。一例として、吸熱量が５Ｗのペルチェ素子を４個並
べて使うことで、同様の効果が得られる。ただし、吸熱
量が大きいペルチェ素子は、吸熱面および放熱面の面積
も大きくなるため、例えばＣＣＤ撮像素子１２との面積
差を吸収する熱伝導板が必要となる。なお、一般的にＣ
ＣＤ撮像素子１２の温度が８度低下すると暗電流に依る
ノイズは、約６［ｄＢ］低下するので、半分になる。

【００２２】また、図３Ｂの特性図から、冷却を開始し
てから温度が下がり始める間に、僅かな時間遅れが存在
する。この時間遅れは、ＣＣＤ保持部１３の材質を、熱
容量が小さく、熱伝導率の高い材質とすることによっ
て、小さくすることが可能である。また、この時間遅れ
を考慮して、冷却を開始するタイミングを早めることに
よって、より冷却の効率を図ることができる。

【００２３】このように、ＣＣＤ撮像素子１２を冷却し
て、暗電流を抑えることによって、画質の向上したこと
がより現れる状況は、暗い撮影条件下においてアンプゲ
インを大きくしたり、電荷を蓄積する時間を長くして高
感度を得ようとしたりする一般的に暗所で行われるスロ
ーシャッター撮影のときである。この場合、暗い場所で
の撮影および電荷を蓄積する時間を長くする撮影では、
画像の取り込みに時間が必要となる。従って、被写体の
動きは、非常にゆっくりしたもの、若しくは静止したも
のであると想定できる。

【００２４】具体的には、高感度モードで画像を取り込
む場合、約４秒間でＣＣＤ撮像素子１２を冷却した後、
約数秒の画像取り込み時間が必要である。この実施形態
では、レリーズスイッチを押して、被写体の像の取り込
み開始までの約４秒間でＣＣＤ撮像素子１２の温度を約
１０度下げ、温度センサ１５によって温度が約１０度下
がったことを検知して、その後、約数秒間の画像取り込
みを行い、ＣＣＤ撮像素子１２の読み出しを行う。この
ようなプロセスでＣＣＤ撮像素子１２を冷却することが
できるので、冷却を行ったとしても撮影者にストレスを
与えることはない。

【００２５】ここで、ＣＣＤ撮像素子１２とペルチェ素
子との面積差を吸収する熱伝導板を備えた一例を図４に
示す。なお、この一例では、説明を容易とするために、
ＣＣＤ保持部１３とペルチェ素子３３との間に熱伝導板
３２を設け、ＣＣＤ撮像素子１２を冷却する。図４に示
すように、ＣＣＤ保持部１３の保持面には、ＣＣＤ撮像
素子１２が保持され、ＣＣＤ保持部１３の接触面１４に
は、熱伝導板３２が設けられている。この熱伝導板３２
は、熱容量が小さくて、熱伝導率が高い材質が選択され
る。例えば、銅、アルミニウム、銀、カーボングラファ
イトなどの材質が適用される。また、この熱伝導板３２
によってＣＣＤ保持部１３の接触面１４とペルチェ素子
３３の吸熱面との大きさの差異が吸収される。ＣＣＤ保
持部１３の接触面１４付近には、ＣＣＤ保持部１３を囲
むように、ＣＣＤ撮像素子１２の駆動回路の基板３１が
設けられている。ペルチェ素子３３は、上述したように
４個のペルチェ素子が並べられたものである。

【００２６】図５を参照して、ＣＣＤ撮像素子１２を冷
却する回路構成の第１の例を説明する。この第１の例で
は、ペルチェ素子３３の放熱面には、放熱機構５０が設
けられる。ＣＣＤ保持部１３には、温度センサ１５が設
けられ、その温度センサ１５によってＣＣＤ保持部１３
の温度に基づいた信号が制御部４５へ供給される。

【００２７】レリーズスイッチ４１が半押しとされる
と、ハイレベルの信号が出力され、レリーズスイッチ４
１がその他の状態であると、ローレベルの信号が出力さ
れる。レリーズスイッチ４１から出力される信号は、ア
ンドゲート４３の一方の入力端子に供給される。

【００２８】冷却モードスイッチ４２がオンとされる、
すなわち冷却モードがオンとされると、ハイレベルの信
号が出力され、冷却モードスイッチ４２がオフとされ
る、すなわち冷却モードがオフとされると、ローレベル
の信号が出力される。冷却モードスイッチ４２から出力
される信号は、アンドゲート４３の他方の入力端子に供
給される。

【００２９】アンドゲート４３では、供給されるレリー
ズスイッチ４１からの信号と、冷却モードスイッチ４２
からの信号とが共にハイレベルの場合、ハイレベルの信
号が出力され、何れか一方または両方の信号がローレベ
ルの場合、ローレベルの信号が出力される。アンドゲー
ト４３から出力される信号は、ＲＳフリップフロップ４
４の入力端子Ｓに供給される。

【００３０】ＲＳフリップフロップ４４の入力端子Ｓに
ハイレベルの信号が供給されると、出力端子Ｑからハイ
レベルの信号が出力され、入力端子Ｓにローレベルの信
号が供給されると、出力端子Ｑからローレベルの信号が
出力される。ＲＳフリップフロップ４４から出力される
信号は、タイマ４６およびペルチェ素子通電スイッチ回
路４８へ供給される。

【００３１】ペルチェ素子通電スイッチ回路４８におい
て、ハイレベルの信号が供給されると、ペルチェ素子３
３および放熱機構５０に対してバッテリ４９からの電源
が供給され、ペルチェ素子３３および放熱機構５０の駆
動が開始される。そして、ローレベルの信号が供給され
ると、ペルチェ素子３３および放熱機構５０に対してバ
ッテリ４９からの電源の供給が停止され、ペルチェ素子
３３および放熱機構５０の駆動が停止される。

【００３２】タイマ４６では、ＲＳフリップフロップ４
４からハイレベルの信号が供給されると、オン状態、す
なわちタイマ４６が計数し、ローレベルの信号が供給さ
れると、オフ状態、すなわちタイマ４６の計数が停止さ
れる。すなわち、ＲＳフリップフロップ４４から供給さ
れる信号がローレベルからハイレベルに立ち上がると、
タイマ４６の計数が開始され、ＲＳフリップフロップ４
４から供給される信号がローレベルになるまで、その計
数が継続される。このタイマ４６では、設定されている
所定時間が終了したとき、いわゆるタイムオーバとなっ
たときに、ハイレベルの信号が出力され、計数中または
計数が停止されている間はローレベルの信号が出力され
る。出力された信号は、タイマ４６からオアゲート４７
の一方の入力端子へ供給される。

【００３３】制御部４５では、温度センサ１５から供給
される信号に基づいてＣＣＤ保持部１３の温度が判断さ
れる。そして、制御部４５では、ＣＣＤ保持部１３の温
度の低下が検知され、ＣＣＤ保持部１３の温度が所定温
度差に達した、すなわち冷却が充分であると判断される
と、ハイレベルの信号が出力され、まだ所定温度差に達
していない、すなわち冷却が不十分であると判断される
と、ローレベルの信号が出力される。制御部４５から出
力される信号は、オアゲート４７の他方の入力端子に供
給される。

【００３４】オアゲート４７では、供給される制御部４
５からの信号と、タイマ４６からの信号との何れか一方
または両方がハイレベルの場合、ハイレベルの信号が出
力され、両方ともローレベルの場合、ローレベルの信号
が出力される。オアゲート４７から出力される信号は、
ＲＳフリップフロップ４４の入力端子Ｒに供給される。

【００３５】このＲＳフリップフロップ４４の入力端子
Ｒにハイレベルの信号が供給されると、ＲＳフリップフ
ロップ４４の出力端子Ｑから出力される信号がローレベ
ルの信号にされ、入力端子Ｒにローレベルの信号が供給
されると、入力端子Ｓに供給される信号に基づいた信号
が出力端子Ｑから出力される。

【００３６】このように、レリーズスイッチ４１が半押
しとされ、冷却モードスイッチ回路４２がオンとされ、
制御部４５において、冷却が不十分と判断され、タイマ
４６において、計数中またはタイマがオフとされるとき
に、ペルチェ素子通電スイッチ回路４８はオンとなり、
ペルチェ素子３３および放熱機構５０が駆動し、ＣＣＤ
撮像素子１２およびＣＣＤ保持部１３の冷却が行われ
る。

【００３７】この第１の例では、ペルチェ素子３３およ
び放熱機構５０の電源としてバッテリ４９を使用してい
るが、商用電源を使用するようにしても良い。

【００３８】この第１の例の制御アルゴリズムの一例を
図６のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ
１では、レリーズスイッチ４１が押されたか否かが判断
される。レリーズスイッチ４１が押されたと判断される
と、ステップＳ２に制御が移り、レリーズスイッチ４１
が押されていないと判断されると、レリーズスイッチ４
１が押されるまでこのステップＳ１の制御が繰り返され
る。

【００３９】ステップＳ２では、冷却モードスイッチ４
２ががオンとなっているか否かが判断される。冷却モー
ドスイッチ４２がオンになっていると判断されると、ス
テップＳ３へ制御が移り、冷却モードスイッチ４２がオ
フになっていると判断されると、ステップＳ５に制御が
移る。

【００４０】ステップＳ３では、ペルチェ素子３３およ
び放熱機構５０に対して電源が供給され、ＣＣＤ撮像素
子１２の冷却が開始される。具体的には、まずＣＣＤ撮
像素子１２で起こった発熱は、ＣＣＤ保持部１３を介し
てその接触面１４と接触する熱伝導板３２を伝わる。こ
のとき、熱伝導板３２の熱がペルチェ素子３３によって
強制吸熱される。それと同時に、ペルチェ素子３３の放
熱面では、発熱が起こる。そのペルチェ素子３３の放熱
面で起こる発熱は、放熱機構５０によって廃熱される。
すなわち、ペルチェ素子３３によって熱伝導板３２の冷
却が開始されると共に、放熱機構５０によってペルチェ
素子３３の廃熱が開始される。

【００４１】ステップＳ４では、冷却された現在の温度
が冷却前の温度から所定温度差に達したか否かが判断さ
れる。例えば、現在の温度が冷却前の温度から１０度下
がったか否かが判断される。現在の温度が冷却前の温度
から所定温度差に達している、すなわち１０度下がった
と判断されると、ステップＳ５に制御が移り、所定温度
差に達していない、すなわち１０度下がっていないと判
断されると、ステップＳ８に制御が移る。

【００４２】ステップＳ８では、冷却が開始されてから
予め設定されている所定時間を越えたか否かが判断され
る。冷却が開始されてから予め設定されている所定時間
を越えていると判断されると、ステップＳ５へ制御が移
り、未だ所定時間を越えていないと判断されると、ステ
ップＳ４に制御が戻る。

【００４３】ステップＳ５では、画像が取り込まれる。
このステップＳ５では、後述するように画像を取り込む
制御のみがまとめられた制御アルゴリズムが呼び出され
る。

【００４４】ステップＳ６では、画像の取り込みが完了
したか否かが判断される。画像の取り込みが完了したと
判断されると、ステップＳ７へ制御が移り、未だ完了し
ていないと判断されると、画像の取り込みが完了するま
でこのステップＳ６の制御が繰り返される。

【００４５】ステップＳ７では、ペルチェ素子３３およ
び放熱機構５０に対して電源の供給が停止され、ＣＣＤ
撮像素子１２の冷却が終了する。

【００４６】このように、ＣＣＤ撮像素子１２の冷却
は、電荷が蓄積される少し前から開始され、蓄積された
電荷を転送し、画像の取り込みが完了する間行われる。
そのため、電荷を転送するときに起こる発熱を抑えるこ
とができるので、ＣＣＤ撮像素子１２から出力される信
号に含まれる暗電流を抑えることができ、Ｓ／Ｎ比の良
い特性の画像を得ることができる。

【００４７】また、ＣＣＤ撮像素子１２に電荷が蓄積さ
れている間は、ＣＣＤ撮像素子１２に対してクロック信
号が供給されない、すなわち電流駆動されないので、そ
の間はＣＣＤ撮像素子１２の温度は上昇しない。従っ
て、ＣＣＤ撮像素子１２に電荷が蓄積されている間に、
ＣＣＤ撮像素子１２を冷却することによって、効率よく
冷却することができる。

【００４８】上述の所定温度差とは、一例として冷却モ
ードにおいて目標とするＣＣＤ撮像素子１２またはＣＣ
Ｄ保持部１３の冷却前と冷却後の温度差とする。例え
ば、所定時間内に所定温度差になるように冷却できなか
った場合は、強制的に次の制御に移る。なお、所定時間
を冷却前および／または冷却中に可変できるようにして
も良い。冷却前および／または冷却中に所定時間を可変
できれば、強制的に次の制御に移ることを抑えることが
できるので、冷却の困難な環境、例えば外気温が高い場
合などでも充分な冷却を行うことができる。

【００４９】また、カメラパラメータ部１７からのさま
ざまなパラメータに基づいて、最適な温度となるための
時間を算出し、算出した時間だけＣＣＤ撮像素子１２を
冷却するようにしても良い。そして、その状態の変化を
表示部１８に表示するようにしても良い。

【００５０】ここで、上述のステップＳ５で呼び出され
る画像を取り込む制御アルゴリズムの一例を図７のフロ
ーチャートを参照して説明する。ステップＳ１１では、
測光がなされる。ステップＳ１２では、測距がなされ
る。なお、ステップＳ１１およびＳ１２は、レリーズス
イッチ４１の半押しで行われる制御であり、ステップＳ
１３以降の制御は、レリーズスイッチ４１の全押しで行
われる制御である。また、この測光と測距の制御の順番
は逆であっても良く、ハードウェアで行う場合、同時に
並行して行うことも可能である。

【００５１】ステップＳ１３では、シャッターが開かれ
ＣＣＤ撮像素子１２が露光され、ＣＣＤ撮像素子１２に
電荷が蓄積される。ステップＳ１４では、ＣＣＤ撮像素
子１２に蓄積された電荷が転送され、被写体の像が取り
込まれる。ステップＳ１５では、取り込まれた被写体の
像から表示部１８に表示するための輝度信号Ｙおよびク
ロマ信号Ｃからなる画像が作成される。ステップＳ１６
では、記録媒体（図示なし）に記録するための輝度信号
Ｙおよびクロマ信号Ｃからなる画像が作成される。ステ
ップＳ１７では、ＣＣＤ撮像素子１２から取り込まれた
画像がＪＰＥＧフォーマットで出力される。ステップＳ
１８では、取り込まれた画像が表示部１８に表示され
る。

【００５２】図８を参照して、ＣＣＤ撮像素子１２を冷
却する回路構成の第２の例を説明する。この第２の例で
は、複数の冷却モードが冷却モード制御部５１に設けら
れたときの例であり、冷却モード毎に異なる所定時間お
よび所定温度差を適宜設定することによって、用途に応
じて冷却を使い分けることが可能になる。例えば、
「高」、「中」、「低」と３つの冷却モードを設けた場
合、それぞれの所定時間および所定温度差を冷却モード「高」：所定時間「１０秒」：所定温度差「−１５度」冷却モード「中」：所定時間「３秒」：所定温度差「−１０度」冷却モード「低」：所定時間「１秒」：所定温度差「−５度」としても良い。

【００５３】この冷却モード制御部５１には、バッテリ
４９から電源が供給される。冷却モードスイッチ４２が
オンとなると、複数の冷却モードの中から設定されてい
る冷却モードの所定時間がタイマ４６に設定され、その
所定温度差が制御部４５に設定される。例えば、冷却モ
ード「中」が設定されていると、タイマ４６には所定時
間が３秒に設定され、制御部４５には所定温度差が−１
０度に設定される。

【００５４】なお、この冷却モード制御部５１には、各
冷却モード開始時のラッシュ電流によってバッテリ４９
にかかる瞬間的な電圧降下の情報が保持されている。そ
して、この冷却モード制御部５１では、バッテリ残量が
少なく電圧値が低下しているときに、冷却モード「強」
または「中」が設定されて、ペルチェ素子３３および放
熱機構５０に電源が供給された瞬間、電圧降下によって
バッテリ４９の電圧が放電終止電圧以下になり、デジタ
ルスチルカメラ自体が電源オフ状態にならないように、
バッテリ４９の残量を監視し、冷却モード「強」または
「中」を禁止状態に制御することができる。

【００５５】さらに、冷却モードを選択し、所定時間お
よび所定温度差の一方を固定するようにしても良い。す
なわち、冷却モード「低」を選択し、所定時間を固定し
た場合、ＣＣＤ撮像素子１２の温度に関わらずＣＣＤ撮
像素子１２を１秒間冷却するようにしても良く、冷却モ
ード「低」を選択し、所定温度差を固定した場合、時間
に関係なく、ＣＣＤ撮像素子１２の温度が５度下がるま
で冷却するようにしても良い。

【００５６】この第２の例の制御アルゴリズムを図９の
フローチャートを参照して説明する。ステップＳ２１で
は、レリーズスイッチ４１が押されたか否かが判断され
る。レリーズスイッチ４１が押されたと判断されると、
ステップＳ２２に制御が移り、レリーズスイッチ４１が
押されていないと判断されると、レリーズスイッチ４１
が押されるまでこのステップＳ２１の制御が繰り返され
る。

【００５７】ステップＳ２２では、冷却モードスイッチ
４２がオンとなっているか否かが判断される。冷却モー
ドスイッチ４２がオンになっていると判断されると、ス
テップＳ２３へ制御が移り、冷却モードスイッチ４２が
オフになっていると判断されると、ステップＳ２６に制
御が移る。

【００５８】ステップＳ２３では、選択されている冷却
モードでペルチェ素子３３および放熱機構５０を駆動さ
せたときのラッシュ電流によってバッテリ４９が放電終
止電圧以下になり、デジタルスチルカメラ自体が電源オ
フ状態となるか否かが判断される。ラッシュ電流によっ
てデジタルスチルカメラ自体が電源オフ状態となると判
断されると、ステップＳ２９へ制御が移り、電源オフ状
態にならないと判断されると、ステップＳ２４へ制御が
移る。

【００５９】ステップＳ２９では、現在の冷却モードで
はラッシュ電流によってデジタルスチルカメラ自体が電
源オフ状態となるので、冷却モードが再設定される。例
えば、冷却モード「高」の場合、冷却モード「中」へ再
設定され、冷却モード「中」の場合、冷却モード「低」
へ再設定される。また、冷却モード「低」の場合、冷却
モードが解除される。

【００６０】ステップＳ２４では、ペルチェ素子３３お
よび放熱機構５０に対して電源が供給され、ＣＣＤ撮像
素子１２の冷却が開始される。具体的には、まずＣＣＤ
撮像素子１２で起こった発熱は、ＣＣＤ保持部１３を介
してその接触面１４と接触する熱伝導板３２を伝わる。
このとき、熱伝導板３２の熱がペルチェ素子３３によっ
て強制吸熱される。それと同時に、ペルチェ素子３３の
放熱面では、発熱が起こる。そのペルチェ素子３３の放
熱面で起こる発熱は、放熱機構５０によって廃熱され
る。すなわち、ペルチェ素子３３によって熱伝導板３２
の冷却が開始されると共に、放熱機構５０によってペル
チェ素子３３の廃熱が開始される。

【００６１】ステップＳ２５では、冷却された現在の温
度が冷却前の温度から予め設定されている所定温度差に
達したか否かが判断される。例えば、現在の温度が冷却
前の温度から１０度下がったか否かが判断される。現在
の温度が冷却前の温度から所定温度差に達していると判
断されると、ステップＳ２６に制御が移り、所定温度差
に達していないと判断されると、ステップＳ３０に制御
が移る。

【００６２】ステップＳ３０では、冷却が開始されてか
ら予め設定されている所定時間を越えたか否かが判断さ
れる。冷却が開始されてから予め設定されている所定時
間を越えていると判断されると、ステップＳ２６へ制御
が移り、未だ所定時間を越えていないと判断されると、
ステップＳ２５に制御が戻る。

【００６３】ステップＳ２６では、画像が取り込まれ
る。このステップＳ２６では、上述した図７に示すよう
に画像を取り込む制御のみがまとめられた制御アルゴリ
ズムが呼び出される。

【００６４】ステップＳ２７では、画像の取り込みが完
了したか否かが判断される。画像の取り込みが完了した
と判断されると、ステップＳ２８へ制御が移り、未だ完
了していないと判断されると、画像の取り込みが完了す
るまでこのステップＳ２７の制御が繰り返される。

【００６５】ステップＳ２８では、ペルチェ素子３３お
よび放熱機構５０に対して電源の供給が停止され、冷却
が終了する。

【００６６】図１０を参照して、ＣＣＤ撮像素子１２を
冷却する回路構成の第３の例を説明する。この第３の例
は、上述したように着脱自在な冷却ユニット５２を設け
た一例である。この冷却ユニット５２がデジタルスチル
カメラに装着されると、冷却ユニット５２からハイレベ
ルの信号がアンドゲート４３に供給され、冷却ユニット
５２がデジタルスチルカメラから分離されると、冷却ユ
ニット５２からローレベルの信号がアンドゲート４３に
供給される。従って、冷却ユニット５２が装着され、冷
却ユニット５２からハイレベルの信号がアンドゲート４
３へ供給されない限り、ペルチェ通電スイッチ回路４８
がオンとなることはない。

【００６７】ここで、接触面１４と接触部２１との接触
する部分を図１１を参照して説明する。図１１Ａに示す
第１の例では、接触面１４Ａと接触部２１Ａとがより密
に接触するように、接触面１４Ａに接触部２１Ａを密着
させるためのバネ板３１が設けられている。接触部２１
Ａを挿入すると、バネ板３１によって接触部２１Ａが接
触面１４Ａに押しつけられる。従って、バネ板３１を設
けることによって、接触面１４Ａと接触部２１Ａとの接
触がより強くなるので、熱もより伝わりやすくなる。

【００６８】図１１Ｂに示す第２の例では、挿入される
接触部２１Ｂの挿入する方向と直角となるように、接触
面１４Ｂの一部が形成され、その接触面１４Ｂと密着す
るように接触部２１Ｂの一部が形成される。接触部２１
Ｂを挿入すると、冷却ユニット２の重量によって接触部
２１Ｂが接触面１４Ｂに押しつけられる。従って、冷却
ユニット２の重量で接触面１４Ｂと接触部２１Ｂとの接
触がより強くなるので、熱もより伝わりやすくなる。

【００６９】図１１Ｃに示す第３の例では、接触面１４
Ｃと接触部２１Ｃとを嵌合するように、接触面１４Ｃお
よび接触部２１Ｃの接触する部分がネジ状に形成され
る。接触部２１Ｃを挿入し、接触面１４Ｃと接触部２１
Ｃとに形成されたネジの形状に応じて接触部２１Ｃを回
転させることによって、接触部２１Ｃが接触面１４Ｃと
嵌合する。従って、接触面１４Ｃと接触部２１Ｃとが嵌
合しているので、熱もより伝わりやすくなる。

【００７０】図１１Ｄに示す第４の例では、接触面１４
Ｄおよび接触部２１Ｄとが互いにかみ合うように、接触
面１４Ｄの一部および接触部２１Ｄの一部が形成され
る。接触部２１Ｄを挿入すると、冷却ユニット２の重量
によって接触部２１Ｄが接触面１４Ｄに押しつけられ
る。従って、冷却ユニット２の重量で接触面１４Ｄと接
触部２１Ｄとの接触がより強くなるり、接触する面もよ
り大きくなるので、熱もより伝わりやすくなる。

【００７１】さらに、ＣＣＤ撮像素子１２を効率よく冷
却するために、断熱材でＣＣＤ撮像素子１２を囲むよう
にして、冷却する範囲を限定するようにしても良い。こ
のように、断熱材でＣＣＤ撮像素子１２を囲むことによ
って、ＣＣＤ撮像素子１２に与える周囲の温度を遮断す
ることができる。

【００７２】ここで、ＣＣＤ撮像素子１２の温度を検知
する他の例を説明する。上述の実施形態では、ＣＣＤ撮
像素子１２の温度を検知するために、ＣＣＤ保持部１３
の接触面１４に温度センサ１５を設けているが、ＣＣＤ
撮像素子１２から黒レベルだけを読み出し、読み出され
た黒レベルからＣＣＤ撮像素子１２の温度を検知するよ
うにしても良い。これは、ＣＣＤ撮像素子１２の温度と
暗電流の大きさには相対関係があり、暗電流を検出する
ことによって、ＣＣＤ撮像素子１２の温度を判断するよ
うにしたものである。

【００７３】具体的には、ＣＣＤ撮像素子１２の温度上
昇等の要因から発生する黒浮きノイズを除去する、いわ
ゆるデジタルクランプという手法が施される。このデジ
タルクランプは、まず図１２中斜線で示す、ＣＣＤ撮像
素子１２のオプティカルブラック（ＯＰＢ）部分６１を
積分し、オプティカルブラック部分６１の平均データを
算出する。そして、図１２に示すＣＣＤ撮像素子１２の
オプティカルブラック部分６１を含む全画素データから
算出されたオプティカルブラック部分６１の平均データ
を引き算することによって、黒浮き成分がオフセットさ
れる。

【００７４】オフセットされる黒浮き成分の大きさ（以
下、「オフセット信号レベル」と称する）は、暗電流の
大きさに応じて変化するので、オフセット信号レベル
は、暗電流の大きさを表している。従って、オフセット
信号レベルおよびＣＣＤ撮像素子１２の温度の対応表を
デジタルスチルカメラのマイコン、例えば演算部１６内
に保持することによって、デジタルクランプによって得
られるオフセット信号レベルからＣＣＤ撮像素子１２の
温度を検知することができる。

【００７５】この実施形態では、温度センサをＣＣＤ保
持部１３の接触面１４に設けているが、ＣＣＤ撮像素子
１２に直接設けるようにしても良い。

【００７６】この実施形態では、ＣＣＤ撮像素子１２を
冷却するためにペルチェ素子が用いられているが、ＣＣ
Ｄ撮像素子１２を冷却可能なものであればどのようなも
のでも良い。例えば、ペルチェ素子とは異なる電子冷却
素子、水冷機構、またはヒートパイプによってＣＣＤ撮
像素子１２を冷却しても良い。

【００７７】この発明は、上述したこの発明の一実施形
態等に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱
しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【００７８】

【発明の効果】この発明に依れば、ＣＣＤ撮像素子から
着脱自在となる冷却ユニットにしたことによって、消費
者向けデジタルスチルカメラにおいて、冷却ユニットを
持ち歩き、必要なときにだけ装備させ、冷却デジタルカ
メラと同等となるＳ／Ｎ比の良い画像を撮影することが
できる。さらに、冷却ユニットをデジタルスチルカメラ
から着脱自在としたことによって、冷却デジタルカメラ
と比較して携帯性の向上を図ることができる。

【００７９】この発明に依れば、ＣＣＤ撮像素子を冷却
することができるので、従来の消費者向けデジタルスチ
ルカメラでは、暗電流を抑えることができなかったため
発生していた画質の劣化を抑えることができる。スロー
シャッター撮影時などでその効果を上げることができる
ので、デジタルスチルカメラの活用用途の拡大を図るこ
とができる。さらに、通常の撮影時に於いても、画質の
劣化を抑えることができる。

【００８０】この発明に依れば、必要なときにだけＣＣ
Ｄ撮像素子を冷却することができるので、従来莫大な消
費電力を必要としていた冷却デジタルカメラのように常
時冷却するものとは異なり、撮影をしないのにＣＣＤ撮
像素子を冷却するという不必要な冷却時間を削減できる
ので、省電力化を図ることができる。

【００８１】この発明に依れば、従来の冷却デジタルカ
メラでは、レンズの結露対策が不可欠であったが、この
実施形態では、ＣＣＤ撮像素子を短時間で冷却するの
で、結露が発生する可能性が少ないため、その結露防止
用の構成を設けなくても良い。また、若干の結露が発生
しても、冷却終了後にペルチェ素子の吸熱面から放熱が
あるので、結露状態を解決することができる。すなわ
ち、一般消費者用のデジタルスチルカメラとして最適な
温度に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用された一実施形態を示す概略的
な構成図である。

【図２】この発明で適用される冷却ユニットの一実施形
態を示す構成図である。

【図３】この発明の一実施形態の制御アルゴリズムを説
明するためのフローチャートである。

【図４】この発明の一実施形態の画像の取り込みの制御
アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。

【図５】この発明の一実施形態を適用したときのＣＣＤ
撮像素子の温度変化の測定結果の一例を示す特性図であ
る。

【図６】この発明を適用して熱伝導板を備えたＣＣＤ撮
像素子の一実施形態を示す外観図である。

【図７】この発明が適用された一実施形態の回路構成の
第１の例を示す回路図である。

【図８】この発明が適用された一実施形態の回路構成の
第２の例を示す回路図である。

【図９】この発明の一実施形態の回路構成の第２の例の
制御アルゴリズムを説明するためのフローチャートであ
る。

【図１０】この発明が適用された一実施形態の回路構成
の第３の例を示す回路図である。

【図１１】この発明で適用可能なデジタルスチルカメラ
と冷却ユニットの接触部の例を示す略線図である。

【図１２】この発明が適用可能な温度検知手段を説明す
るための略線図である。

【符号の説明】

１・・・デジタルスチルカメラ、２・・・冷却ユニッ
ト、１１・・・レンズ部、１２・・・ＣＣＤ撮像素子、
１３・・・ＣＣＤ保持部、１４・・・接触面、１５・・
・温度センサ、１６・・・演算部、１７・・・カメラパ
ラメータ部、１８・・・表示部、１９・・・挿入路、２
１・・・接触部、２２・・・ペルチェ素子、２３・・・
放熱機構、２４・・・熱電変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子を有する撮像装置におい
て、固体撮像素子を短時間で冷却する冷却手段と、上記固体撮像素子の温度を検知する温度検知手段と、上記固体撮像素子に電荷が蓄積される直前に上記固体撮
像素子の冷却を開始し、上記固体撮像素子に蓄積された
電荷の転送を行うように制御する制御手段とを有するこ
とを特徴とする撮像装置。
【請求項２】上記冷却手段は、着脱自在としたことを
特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】上記冷却手段は、１個または複数個のペ
ルチェ素子および放熱機構としたことを特徴とする請求
項１に記載の撮像装置。
【請求項４】上記固体撮像素子と上記１個または複数
個のペルチェ素子との間に、熱伝導板を設けるようにし
たことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】上記温度検知手段は、温度センサとした
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】上記温度検知手段は、上記固体撮像素子のオプティカルブラック部分を積分
し、上記オプティカルブラック部分の平均データを算出し、上記固体撮像素子の全画素データから上記算出された平
均データを引き算し、上記引き算によって得られた信号レベルに基づいて、上
記固体撮像素子の温度を検知するようにしたことを特徴
とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】上記制御手段は、上記固体撮像素子に蓄積された電荷が転送された後に冷
却を終了するようにしたことを特徴とする請求項１に記
載の撮像装置。
【請求項８】上記制御手段は、上記固体撮像素子に蓄積された電荷が転送される直前に
冷却を終了するようにしたことを特徴とする請求項１に
記載の撮像装置。
【請求項９】上記制御手段は、上記固体撮像素子の温度が所定温度差に達したと判断し
たときに、冷却を終了するようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】上記制御手段は、所定時間経過後に、上記固体撮像素子の冷却を終了する
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装
置。
【請求項１１】さらに、所定時間および／または所定
温度差が異なる複数の冷却モードを備えた冷却モード制
御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像
装置。
【請求項１２】固体撮像素子を有する撮像方法におい
て、固体撮像素子を短時間で冷却し、上記固体撮像素子の温度を検知し、上記固体撮像素子に電荷が蓄積される直前に上記固体撮
像素子の冷却を開始し、上記固体撮像素子に蓄積された
電荷の転送を行うように制御するようにしたことを特徴
とする撮像方法。
【請求項１３】着脱自在とした機器によって上記固体
撮像素子を冷却するようにしたことを特徴とする請求項
１２に記載の撮像方法。
【請求項１４】１個または複数個のペルチェ素子およ
び放熱機構を用いて上記固体撮像素子を冷却するように
したことを特徴とする請求項１２に記載の撮像方法。
【請求項１５】上記固体撮像素子と上記１個または複
数個のペルチェ素子との間に、熱伝導板を設けるように
したことを特徴とする請求項１４に記載の撮像方法。
【請求項１６】温度センサによって上記固体撮像素子
の温度を検知するようにしたことを特徴とする請求項１
２に記載の撮像方法。
【請求項１７】上記固体撮像素子のオプティカルブラ
ック部分を積分し、上記オプティカルブラック部分の平均データを算出し、上記固体撮像素子の全画素データから上記算出された平
均データを引き算し、上記引き算によって得られた信号
レベルに基づいて、上記固体撮像素子の温度を検知する
ようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の撮像方
法。
【請求項１８】上記固体撮像素子に蓄積された電荷が
転送された後に冷却を終了するようにしたことを特徴と
する請求項１２に記載の撮像方法。
【請求項１９】上記固体撮像素子に蓄積された電荷が
転送される直前に冷却を終了するようにしたことを特徴
とする請求項１２に記載の撮像方法。
【請求項２０】上記固体撮像素子の温度が所定温度差
に達したと判断したときに、冷却を終了するようにした
ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像方法。
【請求項２１】所定時間経過後に、上記固体撮像素子
の冷却を終了するようにしたことを特徴とする請求項１
２に記載の撮像方法。
【請求項２２】さらに、保持されている所定時間およ
び／または所定温度差が異なる複数の冷却モードを適宜
選択するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載
の撮像方法。