JP2003319220A - 温度調節機能付き撮像装置および素子の取り付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像素子を効果的に温度調整して撮像素子
により得られる画像信号のＳ／Ｎ比を向上させるととも
に、内蔵電池に対する負担を軽減する。 【解決手段】 光学系により得た像を画像信号に変換し
出力する撮像手段４、５と、撮像装置内部（５）の温度
調整をするための熱電素子９と、該熱電素子９に対する
通電を制御する通電制御手段６とを備えており、通電制
御手段６は、撮像装置１の動作内容に従って通電の制御
を行うように構成されている。 【効果】 消費電流量の多い動作で、熱電素子への通
電を制限し、消費電流量の小さい動作で熱電素子に通電
して温度調整を行うことができ、電源への負担を軽減す
るとともに撮像装置内部の効果的な冷却を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラな
どの撮像装置であって装置内部の温度調整を可能とした
温度調整機能付き撮像装置および該撮像装置に好適な素
子の取り付け構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラや望遠鏡などの撮像装置
では、光学系により得た像をＣＣＤ等の撮像素子で画像
信号に変換し、この画像信号を信号処理してＬＣＤ等の
表示部に表示したり、画像記録媒体に記録したりしてい
る。ところで、ＣＣＤ等の撮像素子では、使用時の発熱
によって昇温すると、雑音が発生してＳ／Ｎ比を低下さ
せるという問題がある。このような課題に対し、撮像素
子を熱電素子（ペルチェ素子）によって温度制御する方
法が提案されている（例えば特開２０００−２２８７３
６号）。このような熱電素子の温度制御（昇温抑制）
は、ノイズの原因になるＣＣＤの暗電流を抑制する効果
があるため、信号のゲインを大きくする事で少ない光量
で撮影できるため、カメラの高感度化に寄与する。

【０００３】ところで、熱電素子は消費電流が大きく、
その動作に際し相当の電力を要するため、電池を内蔵し
て携帯可能とした撮像装置では、内蔵電池に対する負荷
が大きくて電池寿命を短くするという問題がある。例え
ば上記公開特許においては、外部電池の接続を可能に
し、外部電池が接続されている場合には、この外部電池
を使用し、外部電池が接続されていない場合には内蔵電
池を使用するようにして内部電池への負担を軽減して電
池寿命を長くする工夫がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記装置で
は、外部電池の使用が前提であり、外部電池を用いない
ものには適用することができないという問題がある。こ
れに対し、撮像素子の温度を監視して、その温度が所定
の温度を超える場合にのみ冷却が必要であると判定し
て、該判定時に限って熱電素子を動作させる制御方法も
考えられる。これにより熱電素子の動作時間を短くする
ことができる。しかし、撮像装置では、様々の動作があ
り、その動作においては大きな消費電流を要する場合も
ある。このような状態で熱電素子が動作していると、総
消費電流が非常に大きくなり、内蔵電池に大きな負荷が
かかる。また、総消費電流が大きくなると撮像装置の動
作に影響が生じ、動作に支障が生じることも考えられ
る。

【０００５】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、内蔵電池への負荷を軽減した上で、撮像素
子を効果的に温度制御することができる撮像装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の温度調整機能付き撮像装置のうち請求項１記載
の発明は、光学系により得た像を画像信号に変換し出力
する撮像手段と、撮像装置内部の温度調整をするための
熱電素子と、該熱電素子に対する通電を制御する通電制
御手段とを備えており、該通電制御手段は、撮像装置の
動作内容に従って前記通電の制御を行うように構成され
ていることを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の温度調整機能付き撮像装置
は、請求項１記載の発明において、前記撮像手段から出
力された画像信号を画像記録媒体に記録する画像記録手
段を備えていることを特徴とする。

【０００８】請求項３記載の温度調整機能付き撮像装置
は、請求項１または２に記載の発明において、前記熱電
素子による温度調整の対象が撮像素子であることを特徴
とする。

【０００９】請求項４記載の温度調整機能付き撮像装置
は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前
記通電制御手段は、撮像装置の動作における通電負荷量
を基に、該通電負荷量が予め定めた基準負荷量よりも大
きい撮像装置の動作において、熱電素子への通電量を減
少させまたは通電を停止し、基準負荷量以下の通電負荷
量を要する撮像装置の動作において熱電素子への通電ま
たは通電量の増加を可能とするように熱電素子に対する
通電を制御することを特徴とする。

【００１０】請求項５記載の温度調整機能付き撮像装置
は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前
記通電制御手段は、異なる数値の基準負荷量を複数定め
ておき、撮像装置の動作における通電負荷量がより高値
の基準負荷量を超える程に熱電素子への通電量をより減
少させ、最高値の基準負荷量を超える場合に熱電素子へ
の通電を停止するように熱電素子への通電を制御するこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項６記載の温度調整機能付き撮像装置
は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前
記温度調整の対象の温度を測定する温度測定手段を備
え、該温度測定手段の測定結果が前記通電制御手段に入
力されており、該通電制御手段では、前記温度測定手段
により測定された測定温度が予め定めた基準温度よりも
高い場合に限って、前記熱電素子への通電を行うように
制御を行うことを特徴とする。

【００１２】請求項７記載の素子の取り付け構造は、温
度調整の対象となる素子を直接または熱伝導部材を介し
て基板の片面側に取り付け、該素子に対向する位置にお
いて上記基板の他の片面側に熱電素子の素子を直接基板
に取り付けることを特徴とする。

【００１３】すなわち本発明の撮像装置によれば、撮像
装置の動作内容に従って熱電素子への通電の制御を行う
ように構成したので、撮像装置の動作内容における消費
電流量を考慮して熱電素子に対する通電制御を行うこと
ができ、撮像装置における総消費電流が過大になるのを
避けるとともに撮像装置内部を効果的に温度調整するこ
とができる。

【００１４】本発明の撮像装置は、代表的にはデジタル
カメラが挙げられるが、本発明としてはこれに限定され
るものではなく、望遠鏡等の装置であってもよい。要
は、撮像手段を備えるものであればよい。該撮像装置で
は、通常はメモリ等からなる画像記録媒体を備えている
が、本発明としてはこの記録媒体を備えないものであっ
てもよい。また、本発明の撮像装置では、内蔵電池を備
えるものにおいて好適な効果が得られる。ただし、本発
明としては内蔵電池を備えないものにおいても適用が可
能である。この場合、外部電源に対する過大な負荷を避
けるという点で同様の効果がある。本発明では、上記撮
像装置内部を対象にして熱電素子により温度調整を行う
が、通常は、昇温により前記した問題を発生する撮像素
子を対象にする。温度調整では昇温した撮像素子が所定
の温度以下になるように冷却することにより温度調整を
行う。

【００１５】上記温度調整を行う熱電素子にはペルチェ
効果を利用したいわゆるペルチェ素子が用いられ、片面
側が低温側になり、他面側が高温側になる。撮像素子の
冷却では、熱電素子の低温側を撮像素子に直接または伝
熱部材を介して接触させ、該熱伝素子に通電を行って片
面が低温となるペルチェ素子の作用によって撮像素子を
冷却する。

【００１６】また、本発明の通電制御手段には、撮像装
置各部を制御する装置制御部を利用することができる。
該制御部は、ＣＰＵとファームウエアと適宜の回路等に
より構成することができる。通電制御手段では、熱電素
子に対する通電のオンオフや通電量の大小調整により通
電制御を行う。

【００１７】また、通電制御手段では、上記の通電制御
に際し、装置の動作内容を制御条件とする。装置の動作
内容としては、待機状態、画像処理状態、ＣＣＤへの画
像の蓄積、メモリへの書き込み、モニタ表示、レンズ駆
動中、シャッタ駆動中、ストロボ充電中等の様々の動作
が挙げられる。すなわち、電源オン後の動作の全てが対
象となる。

【００１８】これらの動作においては、その負荷量に従
って通電制御を行うことができる。すなわち上記動作の
通電負荷量が予め定めた基準通電負荷量より大きい場合
には、熱電素子に対し通常の通電を行うと総消費電流量
が大きくなって電源への負荷が大きくなるため、この場
合には、熱電素子に対する通電をオフにするか通電量を
減少させて電源に対する負荷を軽減する。一方、待機状
態のように負荷量が小さい動作がなされている場合に
は、撮像装置の動作とともに熱電素子に通電しても電源
への負荷は比較的小さいので、熱電素子に対する通常通
電を可能にする。すなわち、熱電素子への通電がオフ状
態になっている場合には通電をオンにし、熱電素子への
通電量を減少させている状態の場合には通電量を増加さ
せる。なお、上記基準負荷量を異なる数値で複数定めて
おいてもよく（例えば第１基準負荷量＜第２基準負荷量
＜第３基準負荷量）、例えば第１の基準負荷量を超える
場合には、所定の通電量にて熱電素子への通電を行い、
第２の基準負荷量を超える場合には、上記よりも小さい
通電量にて熱電素子への通電を行い、第３の基準負荷量
を超える場合には、通電オフとする制御を行うことがで
きる。

【００１９】また、本発明の撮像装置では、温度調整の
対象の温度を測定する温度測定手段を設けることができ
る。該温度測定手段としては、温度の測定結果を出力す
ることができる適宜の温度センサを用いることができ
る。該温度測定手段は、温度調整の対象となる温度が的
確に測定できるように撮像装置内の適宜箇所に設けられ
る。該温度測定手段の出力は、前記した通電制御手段に
入力されて通電制御に利用される。すなわち、測定温度
が予め定めた基準温度よりも高い場合に熱電素子への通
電を可能にし、測定温度が基準温度よりも低い場合に
は、通電をオフにする。これにより対象の昇温が少なく
て温度調整が必要でない場合に熱電素子への無駄な通電
を行うのを避けることができる。なお、温度の測定によ
る通電制御は、撮像装置の動作内容に従って通電制御す
るのに優先して行うのが望ましい。すなわち、測定温度
が基準温度よりも低い場合には、撮像装置の動作内容の
如何に拘わらず熱電素子へ通電を行わず、測定温度が基
準温度よりも高い場合に、撮像装置の動作内容によって
熱電素子へ通電の制御を行うようにするのが望ましい。

【００２０】又、本発明の素子の取り付け構造によれ
ば、撮像素子等の素子の冷却が他面側の熱電素子によっ
て基板を通して効率的になされるとともに、装置構造を
簡略にしてコストを低減することができる。さらに、熱
電素子の素子が基板に直接取り付けられているため、該
素子と基板との電気的な接続を上記取り付け部分を介し
て直接行うことも可能であり、従来のように熱電素子と
基板とを接続するケーブル等を不要にすることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下に、本発明の
一実施形態を添付図に基づいて説明する。図１、２は、
本発明の撮像装置であるデジタルカメラ１の内部構造を
示す図であり、２は鏡胴、３は光学系の一部をなすレン
ズ群である。光学系４は、該レンズ群３と、図示しない
レンズやプリズムとにより構成されている。５は、該光
学系４により結像される画像から画像信号を生成し、出
力するＣＣＤである。該ＣＣＤ５は、画像を受ける表面
側を光学系４に向けて制御部６を含む基板７に取り付け
られており、ＣＣＤ５の裏面側には基板７を裏面側から
貫通する伝熱部材８が密着して取り付けられている。ま
た、基板７の裏面側では、伝熱部材８に熱電素子９の片
面側が密着して固定されており、該固定片面側が熱電素
子９の低温側になっている。なお、熱電素子９は、素子
９ａの両面にセラミック板９ｂ、９ｃを張り合わせて熱
伝導性を高めた構造となっており、セラミック板９ｃが
上記伝熱部材８に固定されている。素子９ａにはケーブ
ル１０が接続されており、該ケーブル１０は基板７に接
続される。さらに図中１１は内蔵電池であり熱電素子９
を含むデジタルカメラ１の各部を動作させる。内蔵電池
１１の電力は、上記制御部６に加えられ、制御部６によ
って撮像装置各部への電力の供給が制御されている。

【００２２】図３は、上記デジタルカメラ１を機能上説
明するためのブロック図である。光学系４で結像される
画像は、ＣＣＤ５に加えられ、該ＣＣＤ５において画像
信号が出力される。該ＣＣＤ５の出力は、制御部６に入
力されて必要な信号処理がなされる。また、制御部６
は、本発明の通電制御部としての機能を果たし、該制御
部６と熱電素子９とは、電力供給線１２によって接続さ
れている。また、上記ＣＣＤ５の温度を測定する温度セ
ンサ１２が温度測定手段としてＣＣＤ５の近傍に設置さ
れており、該温度センサ１２の出力は、上記制御部６に
加えられている。

【００２３】次に、上記熱電素子９の制御内容を図４に
基づいて説明する。デジタルカメラ１では、電源のオン
によって待機状態になり、ＣＣＤ５に対しても内蔵電池
１１から制御部６を介して電力供給されている。上記温
度センサ１２では、ＣＣＤ５の温度が測定されており、
その測定結果は制御部６に入力されている（ステップ
１）。制御部６では、予め冷却が必要なＣＣＤ５の温度
が基準温度として定めてある。また、制御部６ではデジ
タルカメラの各動作内容における消費電流量が認識され
ているとともに、デジタルカメラ１の動作において熱電
素子９と同時通電が可能な最大通電量が基準通電負荷量
として定められている。

【００２４】制御部６では、デジタルカメラの動作内容
が把握されており、該動作内容の通電負荷量が基準通電
負荷量を超える動作内容であるか否かが判定される。図
３では、デジタルカメラ１の動作内容が基準通電負荷量
を越える通電負荷量を要する撮影動作中であるか否かが
判定されている（ステップ２）。動作内容が撮影動作中
であると判定された場合は、熱電素子９への通電を行わ
ないものとして既に通電が行われている場合には通電を
オフにし（ステップ５）、通電制御を一旦終了する。一
方、デジタルカメラ１の動作内容が撮影動作等、通電量
が基準通電負荷量を超えない場合（待機状態等）には、
上記温度センサ１２による測定温度に基づいて判定処理
を行う。すなわち、測定温度が基準温度を超えるもので
あるか否かが判定される（ステップ３）。該判定におい
て、設定温度が基準温度を越えない場合には、通電素子
９による冷却は不要として、上記したステップ５に移行
して熱電素子９への通電をオフにする処理を行う。一
方、測定温度が基準温度を超える場合は、ＣＣＤ５の温
度が上昇して冷却が必要であるとして、熱電素子９への
通電を開始し、通電を維持したままで、上記処理手順を
一旦終了する。上記の処理手順は、所定の時間毎に行う
ものとする。

【００２５】上記通電制御によれば、ＣＣＤ５の温度が
上昇して冷却が必要な場合にのみ熱電素子９への通電を
行い、また、デジタルカメラ１の動作での通電負荷量が
大きい場合には、ＣＣＤ５の温度が高い場合でも熱電素
子９への通電を行わないものとして内蔵電池１１に対す
る負荷を軽減する。この場合、ＣＣＤ５の温度が高い場
合には消費電流量の大きい動作が終了した後に熱電素子
９への通電を行ってＣＣＤ５の冷却を行うことができ
る。

【００２６】（実施形態２）次に、この実施形態２は、
ＣＣＤ５に対する熱電素子の取り付け構造を変更したも
のである。すなわち、図５，６に示すように、ポリイミ
ド等の材料からなる基板７０の片面側（光学系側）に熱
伝導部材８を介してＣＣＤ５が固定されており、該ＣＣ
Ｄ５に対向する位置において基板７０の裏面側に熱電素
子９０の低温側が取り付けられている。熱電素子９０
は、高温側にセラミック板９０ｂが張り合わされている
ものの、低温側は素子９０ａが直接基板７０に取り付け
られている。該構成によりＣＣＤ５の冷却が効率的にな
されるとともに、装置構造を簡略にしてコストを低減す
ることができる。また、この実施形態では、素子９０ａ
と基板７０とは、ケーブル等を介することなく直接電気
的な接続がなされている。

【００２７】実施形態１の取り付け構造では、熱電素子
における素子の両面に高価なセラミック板を取り付ける
必要があり、また、基板に孔開け加工を施す必要があ
り、本実施形態に比較して部品コスト、製造コストの面
で不利である。その他の構造および通電制御については
上記実施形態１と同様であり、その説明は省略する。

【００２８】なお、上記実施形態では、熱電素子の取り
付け構造の変更によってコストの低減効果を得たが、該
構造は、ＣＣＤ以外の素子の冷却構造について同様に適
用することができ、したがって撮像装置以外への適用も
可能である。すなわち、対象となる素子を直接または熱
伝導部材を介して基板の片面側に取り付け、該素子に対
向する位置において上記基板の裏面側で熱電素子の素子
を直接基板に取り付ける構造とする。

【００２９】また、上記各実施形態では、通電制御を通
電のオンオフによって行ったが、通電量の大小調整によ
って通電制御を行うこともでき、また、該調整と通電の
オンオフとを組み合わせる制御内容とするものであって
もよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の温度調整
機能付き撮像装置によれば、光学系により得た像を画像
信号に変換し出力する撮像手段と、撮像装置内部の温度
調整をするための熱電素子と、該熱電素子に対する通電
を制御する通電制御手段とを備えており、該通電制御手
段は、撮像装置の動作内容に従って通電の制御を行うよ
うに構成されているので、消費電流量の多い動作におい
ては、熱電素子への通電を制限し、消費電流量の小さい
動作において熱電素子に通電して温度調整を行うことを
可能にするので、電源への負担を軽減するとともに撮像
装置内部の効果的な冷却を可能にする。また、この際
に、温度調整の対象の温度を測定する温度測定手段を設
け、その測定温度と予め定めた基準温度と比較して熱電
素子への通電制御を行うものとすれば、対象が温度調整
が必要な状態にある場合にのみ熱電素子への通電を行う
ことができるので、電源への負荷軽減効果と効率的な温
度調整効果が一層向上する。

【００３１】また、本発明の素子の取り付け構造によれ
ば、温度調整の対象となる素子を直接または熱伝導部材
を介して基板の片面側に取り付け、該素子に対向する位
置において上記基板の他の片面側に熱電素子の素子を直
接基板に取り付けるものとしたので、撮像素子等の素子
の冷却が他面側の熱電素子によって基板を通して効率的
になされ、装置構造も簡略になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態におけるデジタルカメラ
内部を示す平面断面図である。

【図２】 同じく一部拡大図である。

【図３】 同じくブロック図である。

【図４】 同じく通電制御の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】 本発明の他の実施形態におけるデジタルカメ
ラ内部を示す平面断面図である。

【図６】 同じく一部拡大図である。

【符号の説明】

１ デジタルカメラ ２ 鏡胴 ３ レンズ群 ４ 光学系 ５ ＣＣＤ ６ 制御部 ７ 基板 ８ 熱伝導部材 ９ 熱電素子 ９ａ 素子 ９ｂ セラミック板 ９ｃ セラミック板 １０ ケーブル １１ 内蔵電池 １２ 温度センサ ７０ 基板 ９０ 熱電素子 ９０ａ 素子 ９０ｂ セラミック板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系により得た像を画像信号に変換し
   出力する撮像手段と、撮像装置内部の温度調整をするた
   めの熱電素子と、該熱電素子に対する通電を制御する通
   電制御手段とを備えており、該通電制御手段は、撮像装
   置の動作内容に従って前記通電の制御を行うように構成
   されていることを特徴とする温度調整機能付き撮像装
   置。
2. 【請求項２】 前記撮像手段から出力された画像信号を
   画像記録媒体に記録する画像記録手段を備えていること
   を特徴とする請求項１記載の温度調節機能付き撮像装
   置。
3. 【請求項３】 前記熱電素子による温度調整の対象が撮
   像素子であることを特徴とする請求項１または２に記載
   の温度調整機能付き撮像装置。
4. 【請求項４】 前記通電制御手段は、撮像装置の動作に
   おける通電負荷量を基に、該通電負荷量が予め定めた基
   準負荷量よりも大きい撮像装置の動作において、熱電素
   子への通電量を減少させまたは通電を停止し、基準負荷
   量以下の通電負荷量を要する撮像装置の動作において熱
   電素子への通電または通電量の増加を可能とするように
   熱電素子に対する通電を制御することを特徴とする請求
   項１〜３のいずれかに記載の温度調整機能付き撮像装
   置。
5. 【請求項５】 前記通電制御手段は、異なる数値の基準
   負荷量を複数定めておき、撮像装置の動作における通電
   負荷量がより高値の基準負荷量を超える程に熱電素子へ
   の通電量をより減少させ、最高値の基準負荷量を超える
   場合に熱電素子への通電を停止するように熱電素子への
   通電を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   かに記載の温度調整機能付き撮像装置。
6. 【請求項６】 前記温度調整の対象の温度を測定する温
   度測定手段を備え、該温度測定手段の測定結果が前記通
   電制御手段に入力されており、該通電制御手段では、前
   記温度測定手段により測定された測定温度が予め定めた
   基準温度よりも高い場合に限って、前記熱電素子への通
   電を行うように制御を行うことを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれかに記載の温度調整機能付き撮像装置。
7. 【請求項７】 温度調整の対象となる素子を直接または
   熱伝導部材を介して基板の片面側に取り付け、該素子に
   対向する位置において上記基板の他の片面側に熱電素子
   の素子を直接基板に取り付けることを特徴とする素子の
   取り付け構造。