JP2004260704A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＤを効率的に冷却する。
【解決手段】カバー２，３によりカメラ筐体を形成し、カメラ筐体の内側にＣＣＤ１７、ペルチェ素子１８、密閉部材２２を収容する。ペルチェ素子１８と密閉部材２２の間にシリコングリースあるいは高熱伝導性のあるグラファイト２４を塗布し、あるいは介在し、密閉部材２２をベース部２Ａに固定して、ＣＣＤ１７を押さえつける。密閉部材２２とカバー３の間にゼリー状のシリコンシート２５を介装する。ＣＣＤ１７の熱はペルチェ素子１８で吸熱され、密閉部材２２、シリコンシート２５を介しカバー３に伝熱する。シリコングリースあるいはグラファイト２４、シリコンシート２５は伝熱部材としてだけでなくＣＣＤ１７に作用する外力を吸収する外力吸収部材としても機能するので、部品点数を節約することができ、効率的である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤなどの撮像素子の冷却構造を有するデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤの冷却構造としてペルチェ素子を用いたものが知られている（例えば特許文献１参照）。これによれば、ＣＣＤ、ペルチェ素子、伝熱部材、および放熱部材を順番に配置し、ＣＣＤからの熱をペルチェ素子で吸収するとともに、熱伝導によりペルチェ素子から伝熱部材、放熱部材を介してカメラ筐体に伝熱し、外部に放熱する。また、放熱部材の表面を板ばねで押圧し、ＣＣＤから放熱部材に至る部品の密着性を高める。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３７１６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報記載のものは、カメラ筐体に外力が掛かると、放熱部材を伝わってＣＣＤへその外力が直接伝わり、ＣＣＤを損傷するおそれがある。
【０００５】
本発明は、カメラ筐体に加わった外力が撮像素子へ直接作用することのないデジタルカメラを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデジタルカメラは、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子に当接し、撮像素子から吸熱するペルチェ素子と、撮像素子とペルチェ素子とを収容し、内部で支持するカメラ筐体と、ペルチェ素子とカメラ筐体との間に設けられ、カメラ筐体に当接し、ペルチェ素子からカメラ筐体に伝熱する伝熱部材とを備え、伝熱部材は、カメラ筐体に加わった外力がペルチェ素子および撮像素子に作用するのを吸収する外力吸収体を有することを特徴とする。
さらに伝熱部材が、ペルチェ素子を介して撮像素子をカメラ筐体の内側固定部に押し付けて固定するとともに、撮像素子の周囲に密閉空間を形成する密閉部材を有し、外力吸収体を密閉部材とカメラ筐体の間に介装することもできる。
外力吸収体は、カメラ筐体の表面に密着するように押し潰される軟性材料から構成することもできる。
さらに外力吸収体をペルチェ素子と密閉部材の間に密着するように介装する軟性材料により構成することもできる。
カメラ筐体が、密閉部材の固定部を有する第１の筐体と、密閉部材を内包するように第１の筐体に取り付けられる第２の筐体とを有するようにしてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態に係わるデジタルカメラの要部断面図であり、図２はレンズマウント側から見たカメラの平面図（図１の矢視ＩＩ図）である。このカメラは例えば顕微鏡に装着され、顕微鏡で観察される像を撮像素子としてのＣＣＤに取り込み、ディスプレイなどに表示する。
【０００８】
ところで、ＣＣＤには周囲温度に比例したノイズが発生し、このノイズによりダイナミックレンジが狭められる。とくに生物組織の蛍光観察等、励起光の照射により標本から発せられた蛍光を観察する場合には、ノイズの影響が無視できない。本実施の形態では、以下のような冷却構造をカメラに設け、ＣＣＤからのノイズを低減する。
【０００９】
図１，２に示すように、本実施の形態のデジタルカメラは、レンズマウント１と、レンズマウント１側のカバー２（以下、下カバーと呼ぶ）と、コネクタ側のカバー３（以下、上カバーと呼ぶ）とを備える。レンズマウント１と下カバー２はボルト１１により締結され、下カバー２と上カバー３はボルト１２により締結されている。カバー２，３は、例えばアルミダイキャストによって成形された素材にねじ孔などを加工して形成される。なお、本実施の形態では図１に示すように上下方向を定義し、以下、この定義に基づいて各部品の配置を説明する。
【００１０】
下カバー２の内側には、部品取付用のベース部２Ａがカバー部２Ｂと一体に設けられ、カバー部２Ａとベース部２Ｂの間には周方向にわたって空隙が設けられている。レンズマウント１とベース部２Ａの中央には、それぞれ上下方向に貫通孔１ａ，２ａが開口されている。貫通孔２ａは、ベース部２Ａの板厚中央からレンズマウント１側および上カバー３側に向けて孔径が大きくなるように段付き状に形成され、貫通孔２ａの内側には、貫通孔２ａを塞ぐようにＩＲカットフィルタ１３が装着されている。
【００１１】
フィルタ１３はゴム部材１４を介してベース部２Ａの端面にボルト１５により固定され、フィルタ１３とベース部２Ａとの接触面はシールされている。フィルタ１３の上方には、貫通孔２ａを塞ぐようにゴムシート１６を介してＣＣＤ１７が装着されている。フィルタ１３とＣＣＤ１７の間には空間Ｒ１が設けられ、ＣＣＤ１７の外周面とベース部２Ａの内周面との間には空間Ｒ２が設けられている。ゴム部材１４およびゴムシート１６の中央には、顕微鏡からの光束をＣＣＤ１７に導くように略矩形状の孔Ｈが開口されている。
【００１２】
ＣＣＤ１７の上面には、ＣＣＤ１７と表面形状がほぼ等しいペルチェ素子１８が、密接している。ペルチェ素子１８は基板１９の中央を貫通し、基板１９により水平方向の位置が規制されている。基板１９はベース部２Ａの上面にボルト２９により固定され、基板１９とベース部２Ａとの接触面はＯリング２０によりシールされている。ＣＣＤ１７とペルチェ素子１８は基板１９に電気的に接続され、基板１９を経由してＣＣＤ１７およびペルチェ素子１８に電力が供給されるとともにＣＣＤ１７からの信号が出力される。
【００１３】
基板１９の上面には、熱伝導性のよい材料（例えばアルミなど）によって構成された密閉部材２２が、基板１９を覆うように設けられている。密閉部材２２はベース部２Ａの上面にボルト２３により固定され、基板１９と密閉部材２２との接触面はＯリング２１によりシールされている。密閉部材２２は上方および下方にそれぞれ中実状の膨出部２２ａ，２２ｂを有する。膨出部２２ｂの周囲は、Ｏリング２１よりも内径側が凹状に形成され、基板１９と密閉部材２２との間には空間Ｒ３が設けられている。膨出部２２ｂとペルチェ素子１８の表面形状はほぼ等しい。
【００１４】
膨出部２２ｂとペルチェ素子１８の間には、熱伝導性のよいシリコングリースあるいはグラファイト２４が塗布されあるいは介在し、密閉部材２２とペルチェ素子１８はシリコングリースあるいはグラファイト２４を介して密着されている。これによりＣＣＤ１７が密閉部材２２によって下方に押し付けられ、ＣＣＤ１７の光軸方向の位置が規制される。また、個々のペルチェ素子１８の高さ方向の寸法にばらつきがあっても、そのばらつきはゴムシート１６の厚みにより吸収される。したがって、密閉部材２２の取り付け時に、ＣＣＤ１７に無理な力を作用させることなくＣＣＤ１７とペルチェ素子１８、およびペルチェ素子１８と密閉部材２２の密着性を高めることができる。
【００１５】
上述したフィルタ１３とＣＣＤ１７間の空間Ｒ１、およびＣＣＤ１７の周囲の空間Ｒ２は、ベース部２Ａに設けられた連通孔２ｂを介して連通している。また、空間Ｒ２と密閉部材２２の下部の空間Ｒ３は、基板１９に設けられた貫通孔（ペルチェ素子１８の貫通部の隙間等）を介して連通している。これにより空間Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は全体で密閉空間を形成し、この密閉空間にＣＣＤ１７が収容される。密閉空間には窒素ガスなどの乾燥気体を封入し、ＣＣＤ１７を冷却する際に結露の発生を防止する。
【００１６】
密閉部材２２の上端面は、熱伝導性がよく、かつ、弾力性あるジェル状のシリコンシート２５を介して上カバー３の内側上端面に当接している。これにより上カバー３を下カバー２にボルト止めした際に、図示のようにシリコンシート２５が押し潰され、シリコンシート２５を介して密閉部材２２と上カバー３が密着する。したがって、例えば密閉部材２２が設計値よりも大きめに形成され、上カバー２２が設計値よりも小さめに形成された場合、その寸法誤差はシリコンシート２５により吸収される。そのため、上カバー３により密閉部材２２が押されて、密閉部材２２に過大な外力が作用することを防止できる。その結果、密閉部材２５の下方向への変形を阻止することができ、ＣＣＤ１７に外力が作用することを防止できる。なお、上カバー３の内側上端面にはシリコンシート２５の位置を規制するためのガイド３ｂが設けられている。
【００１７】
また、上カバー３の内側には、基板１９と向き合うように基板２６がボルト２７により取り付けられている。基板２６には上カバー３を貫通してコネクタ２８が設けられている。カメラを組み立てる際には、まず、下カバー２にＣＣＤ１７，フィルタ１３，ペルチェ素子１８，基板１９，密閉部材２２などを固定し、上カバー３に基板２６を固定する。次いで、レンズマウント１に下カバー２を締結するとともに、下カバー２に上カバー３を締結する。このカバー２，３の締結の際、基板２６と基板１９のコネクタＣＮ同士（図３参照）が接続される。これによりＣＣＤ１７からの信号は基板１９，基板２６，およびコネクタ２８を介して外部に出力される。
【００１８】
このような構成のカメラにおいて、ＣＣＤ１７は以下のように冷却される。
ペルチェ素子１８に電力を供給すると、ペルチェ効果によってペルチェ素子１８の下面側が吸熱面、上面側が放熱面となる。これによりＣＣＤ１７はペルチェ素子１８によって吸熱され、冷却される。また、ＣＣＤ１７はペルチェ素子１８との接触面を除き、大部分を熱伝導率の低い空気層で覆われているため、冷却の際にＣＣＤ１７へ熱が回り込むことを防止できる。なお、ＣＣＤ１７の温度をδ０、ペルチェ素子１８の下端部（ＣＣＤ１７との接触部）の温度をδ２、ペルチェ素子１８の上端部（シリコングリースあるいはグラファイト２４との接触部）の温度をδ３とすると、δ０＞δ１，δ２＞δ１の関係が成立する。
【００１９】
ペルチェ素子１８からの熱は密閉部材２２，シリコンシート２５を介して上カバー３へ流れ、外部に放熱される。このとき、密閉部材２２，シリコンシート２５，上カバー３の温度をそれぞれδ３，δ４，δ５とすると、δ２＞δ３＞δ４＞δ５の関係が成立する。
【００２０】
この場合、ペルチェ素子１８と密閉部材２２はシリコングリースあるいはグラファイト２４を介して表面全体で密着するので、ペルチェ素子１８から密閉部材２２への伝熱性が向上する。また、密閉部材２２と上カバー３はそれぞれシリコンシート２５に密着するので、密閉部材２２から上カバー３への伝熱性が向上し、ＣＣＤ１７の冷却が促進される。
【００２１】
上述した構成によれば以下のような作用効果を奏する。
（１）カバー２，３内に収容されたＣＣＤ１７の上方にペルチェ素子１８と密閉部材２２を配置し、密閉部材２２と上カバー３の間に弾力性あるジェル状のシリコンシート２５を配置するようにした。その結果、シリコンシート２５を介して密閉部材２２と上カバー３が密着し、密閉部材２２から上カバー３への伝熱性が高まり、ＣＣＤ１７の冷却性が向上する。また、上カバー３に対し密閉部材２２の寸法がずれていても、その寸法のずれをシリコンシート２５が吸収し、上カバー３からＣＣＤ１７に外圧が作用してＣＣＤ１７が損傷することを防止できる。すなわち、シリコンシート２５が、密閉部材２２からの熱を低温部（上カバー３）へ導く伝熱部材として機能するとともに、ＣＣＤ１７に作用する外力を吸収する外力吸収部材としても機能するので、伝熱部材と外力吸収部材を別々に設ける必要がない。したがって、部品点数を低減することができるとともに、部品の配置スペースを節約することができ、ＣＣＤ１７を効率的に冷却できる。
【００２２】
（２）ペルチェ素子１８と密閉部材２２の間にシリコングリースあるいはグラファイト２４を塗布あるいは介在するようにしたので、ペルチェ素子１８と密閉部材２２がシリコングリースあるいはグラファイト２４を介して密着し、ペルチェ素子１８から密閉部材２２への伝熱性が高まるとともに、ペルチェ素子１８の寸法誤差をゴムシート１６により吸収することができる。
（３）密閉部材２２やＯリング２０，２１等によりカバー２，３の内側に密閉空間を形成し、この密閉空間にＣＣＤ１７を収容するようにしたので、ＣＣＤ１７を結露から保護することができる。
【００２３】
（４）ＣＣＤ１７の周囲に空間Ｒ１，Ｒ２を形成し、ＣＣＤ１７を空気層あるいはＮ２層で覆うようにしたので、ＣＣＤ１７への熱の回り込み（入熱）を防ぐことができる。
（５）ＣＣＤ１７とその上方の上カバー３との間にペルチェ素子１８と密閉部材２２を配置したので、ＣＣＤ１７から上カバー３への伝熱経路が短くなり、ＣＣＤ１７の冷却性を高めることができる。
（６）ＣＣＤ１７、ペルチェ素子１８、密閉部材２２、シリコンシート２５、および上カバー３の表面形状をほぼ同等に形成し、それぞれが表面全体で接触するようにしたので、各接触部における伝熱性が向上する。
（７）密閉部材２２を、ペルチェ素子１８との接触面からシリコンシート２５との接触面にかけて中実状に形成したので、密閉部材２２で熱の流路が絞られることがなく、伝熱性が向上する。
（８）下カバー２と上カバー３にそれぞれ基板１９，２６を固定し、下カバー２に上カバー３を締結することでコネクタＣＮ（コネクタＣＮは密閉部材２２の外側に配置している）を介して基板１９と２６を接続するようにしたので、組立性もよい。
【００２４】
以上では、冷却構造を有するカメラについて説明した。上述したカバー２，３は、アルミダイキャストによる成型品を素材とするが、この素材は冷却構造を必要としないカメラ（例えば顕微鏡で明視野観察を行う場合）にも流用することができる。
【００２５】
図３は、冷却構造を有しないデジタルカメラの要部断面図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、図１との相違点を主に説明する。図３に示すように、カバー２，３の内側にはＣＣＤ１７や基板１９，２６が設けられているが、ペルチェ素子１８，密閉部材２２，シリコンシート２５，Ｏリング２０，２１などは設けられていない。ＣＣＤ１７と基板１９の間にはアルミ製のスペーサ３１が介装され、基板１９はボルト３２によりベース部２Ａの上端面に固定されている。これによりスペーサ３１を介して基板１９からＣＣＤ１７が押さえ付けられ、ＣＣＤ１７の光軸方向の位置が規制される。なお、ボルト３２は図１のボルト２９よりも内径側のねじ孔に螺合されている。ベース部２Ａの上端面にはＯリングを組み込まない。
【００２６】
本実施の形態では、密閉部材２２やペルチェ素子１８を内包するようにカバー２，３を形成したので、これらを取り除いた状態でもカバー２，３同士を締結することができる。これにより同一素材からなるカバー２，３を用いて冷却構造／非冷却構造のカメラをそれぞれ構成することができ、部品の共通化によりコスト削減を図ることができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、シリコングリースあるいはグラファイト２４，密閉部材２２，シリコンシート２５を伝熱部材として用いたが、ペルチェ素子１８からの熱をカバー３に伝熱するとともに、ＣＣＤ１７に作用する外力を吸収するような弾力性ある物質を介在させるのであれば、伝熱部材としての構成は上記実施の形態に限らない。外力吸収体としてゼリー状のシリコンシート２５を用いたが、熱伝導性のよい他の軟性の材料により外力吸収体を構成してもよい。第１の筐体，第２の筐体として下カバー２，上カバー３を用いたが、カバー形状は上記のものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の顕微鏡用のカメラに限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、ペルチェ素子からの熱を伝熱部材を介してカメラ筐体に伝熱するとともに、伝熱部材が撮像素子に作用する外力を吸収する外力吸収体としても機能するようにしたので、カメラ筐体に加わる外力により撮像素子が損傷することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる冷却構造を有するデジタルカメラの要部断面図。
【図２】図１の矢視ＩＩ図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる冷却構造を有しないデジタルカメラの要部断面図。
【符号の説明】
１ レンズマウント ２ カバー
３ カバー １７ 撮像素子
１８ ペルチェ素子 ２０，２１ Ｏリング
２２ 密閉部材 ２４ シリコングリース
２５ シリコンシート

Claims (5)

1. 被写体を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子に当接し、前記撮像素子から吸熱するペルチェ素子と、
   前記撮像素子とペルチェ素子とを収容し、内部で支持するカメラ筐体と、
   前記ペルチェ素子と前記カメラ筐体との間に設けられ、前記カメラ筐体に当接し、前記ペルチェ素子から前記カメラ筐体に伝熱する伝熱部材とを備え、
   前記伝熱部材は、前記カメラ筐体に加わった外力が前記ペルチェ素子および前記撮像素子に作用するのを吸収する外力吸収体を有することを特徴とするデジタルカメラ。
2. 請求項１に記載のデジタルカメラにおいて、
   さらに前記伝熱部材は、前記ペルチェ素子を介して前記撮像素子を前記カメラ筐体の内側固定部に押し付けて固定するとともに、前記撮像素子の周囲に密閉空間を形成する密閉部材を有し、
   前記外力吸収体は、前記密閉部材と前記カメラ筐体の間に介装されることを特徴とするデジタルカメラ。
3. 請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記外力吸収体は、前記カメラ筐体の表面に密着するように押し潰される軟性材料からなることを特徴とするデジタルカメラ。
4. 請求項２または３に記載のデジタルカメラにおいて、
   さらに前記外力吸収体は、前記ペルチェ素子と密閉部材の間に密着するように介装される軟性材料であることを特徴とするデジタルカメラ。
5. 請求項２〜４のいずれか１項記載のデジタルカメラにおいて、
   前記カメラ筐体は、前記密閉部材の固定部を有する第１の筐体と、前記密閉部材を内包するように前記第１の筐体に取り付けられる第２の筐体とを有することを特徴とするデジタルカメラ。

Images