JP2005340925A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサを撮像装置に取り付ける際の下地処理や配線等を不要にして製造コストを低減する。
【解決手段】 ＣＣＤと、ＣＣＤを冷却するペルチェ素子と、ＣＣＤの電極に電気的に接続され、外部装置との電気的接続のためのフレキシブル基板２０とを備え、ＣＣＤの温度を検出する温度センサ２１をＣＣＤの電極が実装されるフレキシブル基板２０上の電極実装部２０Ｂの近傍に配置した。
【選択図】 図２

Description

この発明は撮像装置に関する。

従来、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）と、このＣＣＤを冷却するペルチェ素子と、ＣＣＤの温度を検出するサーミスタ（温度センサ）とを備え、温度センサの検出値に基づいてペルチェ素子に流す電流を制御し、ＣＣＤの温度を一定に保持するようにした撮像装置が公知である（特開平１０−２０９４１９号公報参照）。
特開平１０−２０９４１９号公報

上述の撮像装置の温度センサはＣＣＤを載せた伝熱板に半田付けによって取り付けられるため、伝熱板に半田付けのための下地処理を施したり、温度センサと外部装置とを電気的に接続するための配線をしたりする必要がある。そのため、上述の撮像装置には製造コストが上昇するという問題がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は温度センサを撮像装置に取り付ける際の下地処理や配線等を不要にして製造コストを低減することである。

前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、撮像素子と、この撮像素子に近接して設置され、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記撮像素子の電極に接続され、外部装置との電気的接続のためのフレキシブル基板とを備え、前記撮像素子の温度を検出する温度センサを前記フレキシブル基板上に配置したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記温度センサは、前記撮像素子の電極が実装される前記フレキシブル基板の配線パターンの電極実装部の近傍に位置していることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記温度センサは、前記フレキシブル基板の配線パターン上に実装され、前記撮像素子に近接していることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の撮像装置において、前記フレキシブル基板に外方へ延びる延長部が形成され、その延長部の先端部に前記温度センサが位置していることを特徴とする。

この発明の撮像装置によれば、温度センサを撮像装置に取り付ける際の下地処理や配線等を不要にして製造コストを低減することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係る撮像装置の断面を示す概念図である。

この撮像装置の密閉容器は前壁１７と断熱壁１４と伝熱ブロック１３と側壁１５とで形成されている。

前壁１７のほぼ中央の入射窓にはコバールガラス（商標）製の透光板１８が低融点ガラス接着剤によって固着されている。なお、前壁１７の材料は鉄、ニッケル及びコバルトの合金であるコバール（商標）である。

側壁１５には側壁１５を貫通するように端子部１６が固着されている。端子部１６の一端は画像処理装置等の外部装置（図示せず）に電気的に接続され、他端は後述するようにＣＣＤ（撮像素子）１１及びペルチェ素子（冷却手段）１２にそれぞれフレキシブル基板２０及びワイヤ２５を介して電気的に接続されている。なお、端子部１６と側壁１５とを電気的に絶縁するため、端子部１６の周囲にはコバールガラスが設けられている。側壁１５及び端子部１６の材料はコバールである。

伝熱ブロック１３は断熱壁１４のほぼ中央に設けられた貫通穴１４ａにＮｉでのろう付け（半田付けでもよい）によって固定されている。伝熱ブロック１３及び断熱壁１４の材料は純銅（熱伝導率３９８Ｗ／ｍＫ、２７℃）及びステンレス鋼（ＳＵＳ３０４（熱伝導率１６．７Ｗ／ｍＫ、２０℃））である。なお、図示しないが、伝熱ブロック１３の一端面にはヒートシンクが取り付けられている。

断熱壁１４には貫通穴１４ｂが設けられ、この貫通穴１４ｂには銅パイプ１９が半田付けによって固定されている。

前壁１７と側壁１５との当接部、側壁１５と断熱壁１４との当接部はそれぞれ溶接によって接合されている。溶接方法は常温溶接の一種である電子ビーム溶接である。

図１では密閉容器内の空気は銅パイプ１９を介して排気され、密閉容器内は減圧状態となっている。なお、銅パイプ１９の先端部は排気を完了した時点で封止されている。

密閉容器内にはＣＣＤ１１とペルチェ素子１２とフレキシブル基板２０とが収容されている。

ＣＣＤ１１の後面にはペルチェ素子１２の吸熱面１２Ａが熱伝導性接着剤によって固定されている。ペルチェ素子１２の放熱面１２Ｂは伝熱ブロック１３の他端面に熱伝導性接着剤によって固定されている。ペルチェ素子１２はワイヤ２５を介して端子部１６に電気的に接続されている。ワイヤ２５を介してペルチェ素子１２に温度センサ２１（図２参照）で検出された温度に基づいて制御された電流が供給される。ペルチェ素子１２への供給電流を制御することによってＣＣＤ１１の温度が所定値以下に保たれる。

なお、ペルチェ素子１２は重ね合わされた第１ペルチェ素子１２ａと第２ペルチェ素子１２ｂとで構成されている。

ＣＣＤ１１はフレキシブル基板２０を介して端子部１６に接続されている。フレキシブル基板２０はＣＣＤ１１に電力を供給するとともに、ＣＣＤ１１で得られた画像信号を外部装置に出力するために使用される。図２に示すようにフレキシブル基板２０上にはＣＣＤ１１の温度を検出する温度センサ２１が実装されている。温度センサ２１としては例えばダイオードが使用される。

図２は温度センサの実装方法の一例を説明するフレキシブル基板の平面図である。

なお、図２では温度センサ２１が実装される、端子実装部２０Ａと電極実装部２０Ｂとを結ぶ配線パターン２６だけを図示した。

フレキシブル基板２０には第１ペルチェ素子１２ａをＣＣＤ１１に接触させるための矩形の穴２０Ｃが設けられている。また、フレキシブル基板２０には穴２０Ｃの長手方向に沿ってＣＣＤ１１の電極が実装される電極実装部２０Ｂが設けられている。この電極実装部２０Ｂには配線パターン２６の一端が接続されている。配線パターン２６の電極実装部２０Ｂの近傍に温度センサ２１が実装されている。

フレキシブル基板２０には端子部１６が実装される複数の端子実装部２０Ａが設けられている。この端子実装部２０Ａには配線パターン２６の他端が接続されている。

端子部１６、端子実装部２０Ａ、配線パターン２６及び電極実装部２０Ｂを介してＣＣＤ１１へ伝わる熱の影響を減らすため、温度センサ２１と電極実装部２０Ｂとを結ぶ配線パターン２６の線幅を広くかつ短くするとともに、温度センサ２１と端子実装部２０Ａとを結ぶ配線パターン２６の線幅を狭くかつ長くするのが好ましい。

次に、上記撮像装置の動作を説明する。

透光板１８を介して密閉容器内に入射した光はＣＣＤ１１の受光部１１Ａで光電変換される。ＣＣＤ１１の出力信号はフレキシブル基板２０、端子部１６を介して画像処理装置へ供給される。画像処理装置は供給された信号をいったんディジタル信号に変換して各種の処理を行った後、アナログ信号に戻し、図示しないディスププレイに画像として表示する。図示しない電源からＣＣＤ１１に電力が供給されると、ジュール熱が発生しＣＣＤ１１の内部温度が上昇するが、ペルチェ素子１２のペルチェ効果によってＣＣＤ１１で発生した熱が吸収されてＣＣＤ１１が冷却され、伝熱ブロック１３が加熱される。伝熱ブロック１３の熱はヒートシンクを介して外部へ放出される。
この実施形態によれば、温度センサ２１がフレキシブル基板２０上に実装されているので、温度センサ２１を半田付けのための下地処理や温度センサと外部装置とを電気的に接続するための配線が不要となり、製造コストを低減することができる。

また、温度センサ２１としてサーミスタより安価なダイオードを使用すれば、従来例より製造コストをより低減することができる。

更に、伝熱ブロック１３及び断熱壁１４の材料を純銅及びステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）としたので、伝熱ブロック１３の熱は断熱壁１４に伝わり難く、端子部１６を介してＣＣＤ１１及びペルチェ素子１２に伝わる熱が極めて少なくなる。その結果、熱雑音に起因する画質の低下を防止できる。

図３はこの発明の第２実施形態に係る撮像装置の断面を示す概念図、図４は温度センサの実装方法の一例を説明するフレキシブル基板の平面図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

なお、図４では温度センサ２１と端子実装部２０Ａとを結ぶ配線パターン３６、温度センサ２１と端子実装部２０Ａとを結ぶ配線パターン３６だけを図示した。

この実施形態は温度センサ２１をフレキシブル基板２０を挟んでＣＣＤ１１に接触させた点で第１実施形態と相違する。

フレキシブル基板３０には穴２０Ｃから離れるように延びる延長部３０Ｄが形成されている。

延長部３０Ｄの先端部には温度センサ２１が実装されている。温度センサ２１は図４の紙面裏側に位置する。

温度センサ２１は延長部３０ＤをＵ字形に屈曲させ、延長部３０Ｄの先端部を熱伝導性接着剤でＣＣＤ１１に固定する（図３参照）。

この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、フレキシブル基板２０を挟んではいるが温度センサ２１をＣＣＤ１１に近接させたので、ＣＣＤ１１の温度を第１実施形態より正確に検出することができ、温度測定誤差を第１実施形態より小さくすることができる。

なお、上記各実施形態では、伝熱ブロック１３及び断熱壁１４の材料を純銅及びステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）としたが、材料をこれらに限定するものではなく、伝熱ブロック１３の材料として、例えばアルミニウムや銀等を用いたり、断熱壁１４の材料として、例えばＳＵＳ６３１等を用いたりしてもよい。

図１はこの発明の第１実施形態に係る撮像装置の断面を示す概念図である。 図２は温度センサの実装方法の一例を説明するフレキシブル基板の平面図である。 図３はこの発明の第２実施形態に係る撮像装置の断面を示す概念図である。 図４の温度センサの実装方法の一例を説明するフレキシブル基板の平面図である。

符号の説明

１１ ＣＣＤ（撮像素子）
１２ ペルチェ素子（冷却手段）
１３ 伝熱ブロック（冷却手段）
２０ フレキシブル基板
２０Ｂ 電極実装部
２１ 温度センサ
２６，３６ 配線パターン
３０Ｄ 延長部

Claims (4)

1. 撮像素子と、
   この撮像素子に近接して設置され、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、
   前記撮像素子の電極に接続され、外部装置との電気的接続のためのフレキシブル基板とを備え、
   前記撮像素子の温度を検出する温度センサを前記フレキシブル基板上に配置した
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記温度センサは、前記撮像素子の電極が実装される前記フレキシブル基板の配線パターンの電極実装部の近傍に位置していることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記温度センサは、前記フレキシブル基板の配線パターン上に実装され、前記撮像素子に近接していることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記フレキシブル基板に外方へ延びる延長部が形成され、その延長部の先端部に前記温度センサが位置していることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。

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