JP2006222776A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型な冷却構造で、撮像素子への熱の回り込みが少なく、冷却効率が良好な撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷却素子６の冷却面６ａに撮像素子１が配置され、放熱面６ｂ側にヒートシンク８が配置される構造において、基板３とＣＣＤ１とを固定した上で、基板３を冷却素子６側に押圧する押圧手段、例えばコイルばね１７を設けることで、構造的な制約が少なく、小型な冷却構造を実現でき、かつ、基板３の断熱性を利用することで、撮像素子１は冷却素子６と基板３とによって熱的に孤立した状態となり、撮像素子１だけを冷却でき、シートシンク８が放熱した熱や外気熱の撮像素子１への回り込みがないようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子を用いる撮像装置に関するものである。

一般に、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた撮像装置においては、ＣＣＤの温度上昇や長い露出時間などの影響によって撮像する画像が劣化することが知られている。特に、蛍光顕微鏡などの用途に用いる場合には、対象となる蛍光画像等の発する蛍光は非常に微弱な光であるため、長時間にわたって露出する必要があり、ＣＣＤが発する熱を無視することができず、画像にノイズが生ずることが知られている。

このようなＣＣＤの温度上昇に対する主な対策としては、ペルチェ素子等の冷却素子を使用してＣＣＤを冷却するようにしている。ここで、ＣＣＤと冷却素子との間に他の部材を介在させると、ＣＣＤの冷却温度が上昇してしまうので、ＣＣＤは冷却素子の冷却面に直接取付けることが望ましい。これは、他の部材を介在させると、冷却する部材の総熱容量が増えることによる冷却速度の低下や、介在させた部材が周囲から熱を吸熱することによる冷却効率の低下があるためである。しかしながら、通常、ＣＣＤと冷却素子とは、ねじ等で直接固定できる構造は採られていない。

このため、従来にあっては、ＣＣＤと冷却素子とを如何に直接的に接触させるかについての対応策が種々提案されている。例えば、特許文献１によれば、撮像を行うＣＣＤと、ＣＣＤ側の面を冷却面とする冷却素子（ペルチェ素子）と、一端が冷却素子の放熱面に接触するように配置されるヒートパイプと、ＣＣＤが半田付け固定された基板とヒートパイプとの間に挿入されてヒートパイプに対してＣＣＤ側に向けて圧力を加えるゴム等の弾性体と、を備えることで、ＣＣＤと冷却素子とヒートパイプとの確実な熱接触を得る構成例が提案されている。

また、特許文献２によれば、撮像を行うＣＣＤと、冷却面がＣＣＤの撮像面とは反対側の背面側に接触するように配置された冷却素子と、放熱ブロックを含む外装カバーの一部に取付けられてＣＣＤを冷却素子側に押圧する板ばねと、を備える構成例が提案されている。

さらに、特許文献３によれば、撮像を行うＣＣＤと、ＣＣＤ側を冷却面とする冷却素子と、冷却素子の放熱面に接するように配置される熱伝導ピン並びに放熱板と、放熱板に取付けられて熱伝導ピンをＣＣＤ側に押圧する板ばねと、を備える構成例が提案されている。

また、特許文献４によれば、部材の寸法にばらつきがあっても、ＣＣＤの光軸が一定となるように、撮像を行うＣＣＤと、このＣＣＤに対して伝熱板を介して接触してＣＣＤの冷却を行う冷却素子と、ＣＣＤを含む電子部品を実装する基板と、これらを収容する気密構造の金属パッケージと、を備える構造において、ＣＣＤの基板上への実装をソケット構造によって光軸方向に移動自在とする、構成例が提案されている。

特開平８−３１９９３号公報 特開平６−４５５７０号公報 特開平９−８３８７８号公報 特開平１０−２１０３４４号公報

ところで、特許文献１によれば、ＣＣＤと冷却素子（ペルチェ素子）とヒートパイプとがゴムによって加圧状態で密着するので、ＣＣＤが発する熱を冷却素子を介してヒートパイプによって外部に放熱する上で冷却効率が極めて良好なる構造といえる。しかし、特許文献１方式の場合、ＣＣＤ付近の光軸方向の厚みが大きくて冷却構造が大型化してしまう。また、ＣＣＤ構造も、ＣＣＤとその実装基板との間で、冷却素子とヒートパイプとゴム等の弾性体とが積層状態になるため、ＣＣＤのリード端子の長さがこれらの積層厚みより長くなくてはならず、リード端子が汎用長さのＣＣＤを用いることはできず、ＣＣＤの選択肢が大幅に限定されてしまうという欠点もある。

一方、特許文献２によれば、ＣＣＤ付近の冷却構造が大型化することなく、かつ、汎用のＣＣＤを用いることが可能な上に、ＣＣＤを冷却素子に対して常に加圧状態で密着させることができる。しかしながら、放熱ブロックを含む外装カバーの一部に取付けられてＣＣＤを冷却素子側に押圧する板ばねを備えるため、冷却素子が外装カバー側に折角放熱した熱量の一部が該外装カバーの一部に取付けられた板ばねを通してＣＣＤに回り込み、冷却効率が著しく低下してしまう場合がある。

また、特許文献３の場合、ＣＣＤの撮像面側はカバー部材によって固定されているものであり、ＣＣＤから冷却素子、熱伝導ピン、放熱板を介して外気に放熱した熱がカバー部材を介してＣＣＤ側に回り込むため、特許文献２の場合と同様に、冷却効率が著しく低下してしまう場合がある。

さらに、特許文献４の場合、基板に対するＣＣＤの実装がソケット構造によって挿入方向には移動自在とされているので、寸法ばらつきに関係なくＣＣＤと冷却素子の冷却面との接触状態が得られたとしても、本来的にソケット方式によって圧力がかからない構造であり、より現実的には両者間に浮きが生じてしまう構造であるため、ＣＣＤから冷却素子の冷却面への熱伝導率は低く、結局、冷却効率が低くなるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、小型な冷却構造で、撮像素子への熱の回り込みが少なく、冷却効率が良好な撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る撮像装置は、撮像素子と、該撮像素子が冷却面側に配置されて前記撮像素子を冷却する冷却素子と、該冷却素子の放熱面に接する接触面を有するヒートシンクと、断熱材を介して前記冷却素子側に前記撮像素子を押圧する押圧手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る撮像装置は、請求項１に係る撮像装置において、前記断熱材は、前記撮像素子が電気的に接続され機械的に固定された基板であり、前記押圧手段は、前記冷却素子側に押圧力が作用する状態で前記基板を前記ヒートシンクに取付けることによって前記撮像素子を前記冷却素子側に押圧することを特徴とする。

請求項３に係る撮像装置は、請求項２に係る撮像装置において、前記押圧手段は、押圧部材を用いて押圧力を作用させることを特徴とする。

請求項４に係る撮像装置は、請求項３に係る撮像装置において、前記押圧部材の前記ヒートシンク側から頂部までの高さは、前記撮像素子の前記冷却素子とは反対側の面までの高さとほぼ同一であることを特徴とする。

請求項５に係る撮像装置は、請求項２に係る撮像装置において、前記押圧手段は、前記基板の有する弾性変形力を用いて押圧力を作用させることを特徴とする。

請求項６に係る撮像装置は、請求項５に係る撮像装置において、前記押圧手段は、前記撮像素子の撮像面を含む平面と平行な面において前記撮像素子よりも外側に設定された取付け位置で押圧方向の高さを調整自在に前記基板を前記ヒートシンクに取付ける締結具を有し、該締結具による前記基板の取付け位置での高さを前記撮像素子が前記冷却素子に接する場合の高さ位置よりも前記ヒートシンク側に低い位置とすることを特徴とする。

請求項７に係る撮像装置は、請求項２〜６のいずれか１つに係る撮像装置において、前記基板の取付け位置は、前記撮像素子から離れた該基板の端部付近に設定されていることを特徴とする。

請求項８に係る撮像装置は、請求項２〜７のいずれか１つに係る撮像装置において、前記撮像素子は、前記基板に対してリード端子の半田付けによって電気的に接続されかつ機械的に固定されていることを特徴とする。

請求項９に係る撮像装置は、請求項２〜７のいずれか１つに係る撮像装置において、前記撮像素子は、前記基板に対してリード端子が着脱自在なソケット構造によって電気的に接続され、第２の締結具によって機械的に着脱自在に固定されていることを特徴とする。

請求項１０に係る撮像装置は、請求項１に係る撮像装置において、前記ヒートシンクは、前記撮像素子および前記冷却素子を密閉する空間を形成する外装カバーよりなることを特徴とする。

請求項１１に係る撮像装置は、請求項１に係る撮像装置において、前記撮像素子は、２次元ＣＣＤ（電荷結合素子）であることを特徴とする。

請求項１２に係る撮像装置は、請求項１に係る撮像装置において、前記冷却素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする。

本発明によれば、冷却素子の冷却面側に配置された撮像素子を押圧手段によって冷却素子側に押圧するので、構造的な制約は少なく、小型な冷却構造を実現でき、また、押圧手段は、断熱材を介して撮像素子を冷却素子側に押圧するので、撮像素子は冷却素子と断熱材とによって熱的に孤立した状態となり、撮像素子だけを冷却することができ、シートシンクが放熱した熱や外気熱の撮像素子への回り込みが少なくて冷却効率が良好な撮像装置を提供することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態について詳述する。

（実施の形態１）
本実施の形態１は、例えば露出時間の長い蛍光顕微鏡等において撮像素子として２次元ＣＣＤを用いた撮像装置への適用例を示す。図１は、本実施の形態１の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。まず、蛍光画像等の被写体を撮像する撮像素子を実現する２次元構造のＣＣＤ（電荷結合素子）１が設けられている。このＣＣＤ１は、その撮像面１ａとは反対側の背面側に該ＣＣＤ１よりも一回り小さな開口２を有する基板３に対して開口２周りでリード端子４が半田５付けされることによって電気的に接続され、かつ、機械的にも固定されている。また、ＣＣＤ１の背面側には、開口２位置に配置されて該ＣＣＤ１を冷却するための冷却素子６を実現するペルチェ素子が設けられている。この冷却素子６は開口２よりも一回り小さな直方体状の素子であり、ＣＣＤ１の背面と接触する面が冷却面６ａとされ、その反対側の面が放熱面６ｂとされている。なお、特に図示しないが、基板３と冷却素子６との間で該冷却素子６に対する電気的な接続がされている。

さらに、これらのＣＣＤ１や冷却素子６、並びに基板３を取り囲んで密閉する空間７を形成する外装カバー８が設けられている。この外装カバー８は結露対策等の目的で密閉空間を形成するが、ヒートシンクとしても機能するもので熱伝導性のよい金属、例えばアルミニウム、銅などによって形成されている。この外装カバー８は、ＣＣＤ１や基板３や冷却素子６などの組み付け性等を考慮して、ＣＣＤ１の撮像方向に２分割されたカバー８ａ，８ｂによる分割構造からなる。カバー８ａは例えば円盤形状、カバー８ｂは例えばカバー８ａと同径の有底円筒形状とされ、固定ねじ９によって一体化されている。また、これらのカバー８ａ，８ｂの合わせ目は例えば円周方向に連続するシール機構１０によって密閉性が保たれる構造とされている。ここに、一方のカバー８ａは、冷却素子６の冷却面６ｂに接する接触面１１を有し、他方のカバー８ｂにはＣＣＤ１の撮像面１ａに対向する部分に開口１２が形成され、この開口１２部分に光透過性を有するカバーガラス１３が接着剤等によって固定されることによって密閉状態でのＣＣＤ１による撮像が可能とされている。

さらに、前述の基板３を外装カバー８、本実施の形態１ではカバー８ａ側に取付ける取付け構造を有する。この取付け位置は、基板３上のどの位置でもよいが、本実施の形態１では、ＣＣＤ１および冷却素子６よりも外側の位置であって、かつ、これらのＣＣＤ１および冷却素子６から最も離れた基板３の端部付近に設定されている。さらには、この取付け位置はＣＣＤ１の中心から見て左右均等位置に設定されている。このような取付け位置において、カバー８ａ側のねじ穴１４に取付けられたスタッド１５に対して基板３の丸孔３ａ（段付きねじ部の詳細を拡大して示す図２参照）が丁度嵌合する大きさの径を有する段付きねじ１６のねじ部１６ａをねじ止めし、かつ、基板３と段付きねじ１６の径大な頂部１６ｂとの間に適正な押圧力を有する押圧部材、例えばコイルばね１７を介在させることによって、基板３がカバー８ａに対して取付けられている。従って、基板３は丸孔３ａと段付きねじ１６との嵌合によって該段付きねじ１６の軸方向にのみ移動可能とされている。また、スタッド１５の高さは、少なくとも、例えばＣＣＤ１が冷却素子６の冷却面６ａに接する状態の基板３の高さ位置よりもカバー８ａ側に低い高さ位置となるように調整され、基板３がコイルばね１７のばね力によって段付きねじ１６に従いカバー８ａに近づく方向への移動が可能とされている。

これにより、ＣＣＤ１が実装固定された基板３を段付きねじ１６とコイルばね１７とによって冷却素子６側に押圧力が作用する状態でカバー８ａに取付けることによって、ＣＣＤ１を冷却素子６側に押圧する構造とされている。さらに、段付きねじ１６のカバー８ａ内面から頂部１６ｂまでの高さは、ＣＣＤ１の冷却素子６とは反対側の面（撮像面１ａ）までの高さとほぼ同一となるように設定されている。この場合のほぼ同一とは、厳密に同一である必要はなく、同一程度であればよいことを意味する。

なお、カバー８ａの一部には、基板３上の回路を外部の回路と接続するための接続線１８が挿通される孔１９が形成され、シリコン等の絶縁性シール部材２０によって閉塞されている。２１は接続線１８を基板３に接続するためのコネクタである。

このような構成において、基板３上に固定されたＣＣＤ１は、該基板３がコイルばね１７によって冷却素子６側に押圧力が作用する状態で取付けられているので、ＣＣＤ１もその押圧力によって常に冷却素子６の冷却面６ａに押圧状態で接触することとなる。この結果、ＣＣＤ１と冷却素子６とカバー８ａが密着状態を維持する。これにより、長時間の露光等によってＣＣＤ１が発熱したとしても、該ＣＣＤ１は冷却素子６の冷却面６ａを通じて直接冷却され、冷却素子６は吸熱した熱をカバー８ａ，８ｂ側に放熱する。さらに、これらのカバー８ａ，８ｂは外気に放熱を行うことで、ＣＣＤ１に起因する熱量を外気に放熱する。この場合、上記のように、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａとがコイルばね１７による押圧力の下に適正な圧力で接触しているので、これらの、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａと、の間の熱抵抗が十分小さくなり、効率よくＣＣＤ１を冷却することができる。

特に、本実施の形態１では、基板３をＣＣＤ１等から離れた取付け位置でコイルばね１７によって冷却素子６側に押圧しているので、より近くの位置でコイルばね１７による押圧力を作用させる場合よりも、ＣＣＤ１部分で冷却素子６に作用する押圧力が強すぎず、かつ、弱すぎないようにバランスされた適正な押圧力にしやすいものとなる。すなわち、ＣＣＤ１や冷却素子６の実装高さのばらつきの影響を受けにくく、かつ、ＣＣＤ１や冷却素子６が破損しないような押圧負荷をかけることが容易となる。

このように、本実施の形態１によれば、冷却素子６の冷却面６ａ側に配置されたＣＣＤ１を、基板３を介してコイルばね１７によって冷却素子６側に押圧する単純構造なので、構造的な制約は少なく、ＣＣＤとして汎用の撮像素子を用いることができる小型な冷却構造を実現できる。この小型化は、段付きねじ１６のカバー８ａ内面から頂部１６ｂまでの高さを、ＣＣＤ１の撮像面１ａまでの高さとほぼ同一として高さを抑えることによっても、より実効あるものとすることができる。

また、ＣＣＤ１とカバー８ａとの間には、熱的に断熱材として機能する基板３が存在するので、スタッド１５、段付きねじ１６、コイルばね１７等による金属製の押圧手段は、基板３を介してＣＣＤ１を冷却素子６側に押圧する構造であり、ＣＣＤ１がカバー８ａ，８ｂと熱的に直接接触することなく、冷却素子６と基板３（断熱材）とによって熱的に孤立した状態となり、ＣＣＤ１だけを冷却することができ、カバー８ａ，８ｂに放熱された熱や外気の熱が、これらのカバー８ａ，８ｂからＣＣＤ１側へ回り込むことはなく、冷却効率の良好なるものとなる。

図３は、変形例を示し、コイルばね１７に代えて、板ばね２２を押圧部材として用いた例を示す。この他、カバー８ａの内面側と基板３との間に押圧部材として引っ張りばねを係止させることで、基板３に冷却素子６側への押圧力を作用させるようにしてもよい。また、長い段付きねじを直接カバー８ａにねじ止めすることによってスタッド１５を省略してもよい。

（実施の形態２）
図４は、本実施の形態２の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。本実施の形態２は、ＣＣＤ１が固定された基板３のカバー８ａに対する取付け構造が実施の形態１と異なり、他の構造は実施の形態１と同じであるので、図１で説明した部分と同一部分は同一符号を用いて示している。

本実施の形態２では、コイルばね１７、板ばね２２等の押圧部材を別個に用いることなく、基板３の有する弾性変形力を用いて該基板３を冷却素子６側に押圧力が作用するように変形させて取付けたものである。具体的には、基板３の端部付近に設定された取付け位置において、カバー８ａに対してスタッド（締結具）３１をその回転操作によってカバー８ａ内面からの高さ調整自在に設け、ナット３２によって任意高さ位置で固定可能とし、所望の高さに調整固定されたスタッド３１に対して基板３を固定ねじ（締結具）３３によって固定するように構成されている。この場合の基板３の取付け位置での高さ（カバー８ａ内面からの高さ）は、ＣＣＤ１が丁度冷却素子６の冷却面６ａに接する場合の高さ位置Ｐ０よりもカバー８ａ側に少し低い位置Ｐ１に設定され、この高さ位置Ｐ１で固定ねじ３３によって固定される。図５は、該位置Ｐ１等を含めて基板の変形等を模式的に示す図である。

つぎに、組立ておよび固定例について説明する。本実施の形態２の撮像装置の組立てに際して、基板３上にＣＣＤ１を半田付け固定した後、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａとが各々密着するようにスタッド３１の高さ位置を調整した状態から、図４に示すように、ＣＣＤ１の側面からスタッド３１の中心までの距離をＬとした場合、Ｐ０−Ｐ１＝Ｌ／５０〜Ｌ／１００程度分の長さだけスタッド３１をさらに押し込んで低く調整してナット３２によって固定し、この調整完了状態で基板３を固定ねじ３３によってスタッド３１に固定するものである。スタッド３１を押し込む程度は、基板３の厚さ、材質等にもよるが、本実施の形態２におけるＬ／５０〜Ｌ／１００という程度は、厚さ１．２ｍｍ程度の通常の基板を想定した場合の数値例である。

このような基板３の取付け構造によれば、その取付け固定位置が基板３が平らになる位置よりもカバー８ａ側に低い位置となっているので、該基板３が図４に示す状態では上向きＵ字状に弾性変形し、基板３に固定されてそのほぼ中央に位置するＣＣＤ１に対しては冷却素子６側に常に押圧力を作用させる状態となり、ＣＣＤ１は押圧状態で冷却素子６の冷却面６ａに密着する。特に、本実施の形態２では、基板３をＣＣＤ１等から離れた取付け固定位置にてスタッド３１に対して固定することによって基板３を弾性変形させているので、より近くで基板３を固定して弾性変形させる場合よりも、基板３に過度な変形負担をかけることなく、ＣＣＤ１部分で冷却素子６に作用する押圧力が強すぎず、かつ、弱すぎないようにバランスされた適正な変形押圧力にしやすいものとなる。すなわち、ＣＣＤ１や冷却素子６の実装高さのばらつきの影響を受けにくく、かつ、ＣＣＤ１や冷却素子６が破損しないような押圧負荷をかけることが容易となる。

このように、本実施の形態２によれば、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａとが基板３の弾性変形による押圧力の下に適正な圧力で接触しているので、これらの、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａと、の間の熱抵抗が十分小さくなり、効率よくＣＣＤ１を冷却することができる。特に、本実施の形態２では、冷却素子６の冷却面６ａ側に配置されたＣＣＤ１を、基板３の弾性変形を利用して冷却素子６側に押圧する単純構造なので、構造的な制約は少なく、ＣＣＤとして汎用の撮像素子を用いることができる小型な冷却構造を実現できる。この小型化は、コイルばね１７等の弾性部材を別個に用いないことによっても、より実効あるものとすることができる。

また、ＣＣＤ１とカバー８ａとの間には、熱的に断熱材として機能する基板３が存在するので、金属製のスタッド３１、固定ねじ３３等の締結具によってカバー８ａに固定される構造であっても、ＣＣＤ１がカバー８ａ，８ｂと熱的に直接接触することなく、冷却素子６と基板３（断熱材）とによって熱的に孤立した状態となり、ＣＣＤ１だけを冷却することができ、カバー８ａ，８ｂに放熱された熱や外気の熱が、これらのカバー８ａ，８ｂからＣＣＤ１側へ回り込むことはなく、冷却効率の良好なるものとなる。

（実施の形態３）
図６は、本実施の形態３の撮像装置の構成例を示す縦断正面図であり、図７は、その縦断側面図である。本実施の形態３は、基板３に対するＣＣＤ１の取付け構造が実施の形態２と異なり、基板３のカバー８ａへの取付け固定構造は実施の形態２と同じである。

本実施の形態３の基板３は、図６に示すように、ＣＣＤ１のリード端子４の挿入部がソケットタイプ、すなわち、ＣＣＤ１のリード端子４が挿入される孔には貫通孔を備えたソケット４１が固定されている。これにより、ＣＣＤ１のリード端子４はソケット４１に対して着脱自在であって、装着時の高さ方向の位置も調整可能とされている。従って、ＣＣＤ１は基板３に対してリード端子４が着脱自在なソケット４１によって電気的に接続されている。

一方、ＣＣＤ１は、機械的には図７に示すように、基板３に対してナット４２によって固定されたスタッド４３に対してねじ４４をねじ着させることによって着脱自在に固定されている。すなわち、これらのナット４２、スタッド４３およびねじ４４が第２の締結具として用いられている。

つぎに、組立ておよび固定例について説明する。本実施の形態３の撮像装置の組立てに際して、基板３のソケット４１にＣＣＤ１のリード端子４を挿入して電気的な接続を確保した後、基板３に対してスタッド４３をナット４２によって固定し、この状態でスタッド４３に対してＣＣＤ１をねじ４４によって固定する。スタッド４３の固定は、リード端子４のソケット４１への挿入前でもよい。ここで、リード端子４の長さ等にばらつきがあってもソケット４１内で軸方向に移動自在であり、スタッド４３によって規制される位置でＣＣＤ１は支障なく基板３に対して固定される。この後、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａとが各々密着するようにスタッド３１の高さ位置を調整した状態から、図４で示した場合と同様に、ＣＣＤ１の側面からスタッド３１の中心までの距離をＬとした場合、Ｐ０−Ｐ１＝Ｌ／５０〜Ｌ／１００程度分の長さだけスタッド３１をさらに押し込んで低く調整してナット３２によって固定し、この調整完了状態で基板３を固定ねじ３３によってスタッド３１に固定する。

なお、本実施の形態２では、冷却素子６の放熱面６ｂとカバー８ａの接触面１１との間に、アルミニウム等の熱伝導率の高い材質による熱伝導部材４５が介在され、ねじ４６等によってカバー８ａに固定されている。ここで、カバー８ａと熱伝導部材４５とは一体としてもよい。

本実施の形態３の場合も、ＣＣＤ１が基板３に固定されているので、ＣＣＤ１が基板３に半田付け固定された実施の形態２の場合と同様の作用・効果を奏する。加えて、本実施の形態３では、基板３に対するＣＣＤ１の取付けが、電気的にも機械的にも着脱自在であるので、例えばＣＣＤ１に不良があったような場合、ねじ４４を外すことによって基板３からＣＣＤ１のみを取り外し交換することができ、半田付け方式のように、ＣＣＤ１に不良があった場合に基板３全体を交換する方式に比して、交換に要する部品代、工数を削減することができる。逆に、電気的な接続はソケット方式とするが、機械的にはスタッド４３、ねじ４４によってＣＣＤ１は基板３に固定状態であるため、振動等によってＣＣＤ１の位置がずれてしまう等の不具合は生じない。

なお、本実施の形態３のソケット方式は、実施の形態２の如く、基板３の弾性変形力を利用する方式への適用例として説明したが、実施の形態１の如く、コイルばね１７等の押圧部材を用いる方式にも同様に適用することができる。

（実施の形態４）
図８は、本実施の形態４の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。本実施の形態４では、ＣＣＤ１をその撮像面１ａ側端部にて直接的に冷却素子６側に押圧する押圧手段を実現する板ばね５１をカバー８ｂ側に取付けて設け、かつ、板ばね５１とＣＣＤ１との間に断熱材５２を介在させたものである。

このような構成において、基板３上に固定されたＣＣＤ１は、板ばね５１によって冷却素子６側に押圧力が作用する状態とされているので、その押圧力によって常に冷却素子６の冷却面６ａに押圧状態で接触することとなる。この結果、ＣＣＤ１と冷却素子６とカバー８ａ（従って、外装カバー８）が密着状態を維持する。これにより、長時間の露光等によりＣＣＤ１が発熱したとしても、該ＣＣＤ１は冷却素子６の冷却面６ａを通じて直接冷却され、冷却素子６は吸熱した熱をカバー８ａ，８ｂ側に放熱する。さらに、これらのカバー８ａ，８ｂは外気に放熱を行うことで、ＣＣＤ１に起因する熱量を外気に放熱する。この場合、上記のように、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａとが板ばね５１による押圧力の下に適正な圧力で接触しているので、これらの、ＣＣＤ１と冷却素子６、冷却素子６とカバー８ａと、の間の熱抵抗が十分小さくなり、効率よくＣＣＤ１を冷却することができる。このように、冷却素子６の冷却面６ａ側に配置されたＣＣＤ１を、板ばね５１によって冷却素子６側に押圧する単純構造なので、構造的な制約は少なく、ＣＣＤとして汎用の撮像素子を用いることができる小型な冷却構造を実現できる。

また、ＣＣＤ１と板ばね５１との間には、断熱材５２が存在するので、金属製の板ばね５１による押圧する構造であっても、ＣＣＤ１がカバー８ａ，８ｂと熱的に直接接触することなく、冷却素子６と断熱材５２とによって熱的に孤立した状態となり、ＣＣＤ１だけを冷却することができ、カバー８ａ，８ｂに放熱された熱や外気の熱が、これらのカバー８ａ，８ｂからＣＣＤ１側へ回り込むことはなく、冷却効率の良好なるものとなる。

なお、これらの実施の形態では、結露対策等を考慮し、ヒートシンクとして密閉構造の外装カバー７を備える構造例で説明したが、このような密閉構造方式に限らず、例えばカバー８ａに相当するヒートシンクのみが存在するような形式の開放構造の場合にも同様に適用することができる。

本発明の実施の形態１の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。 その段付きねじ付近を拡大して示す縦断正面図である。 変形例の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。 本発明の実施の形態２の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。 基板の変形等を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。 その縦断側面図である。 本発明の実施の形態４の撮像装置の構成例を示す縦断正面図である。

符号の説明

１ ＣＣＤ、撮像素子
３ 基板、断熱材
４ リード端子
５ 半田
６ 冷却素子
６ａ 冷却面
６ｂ 放熱面
８ 外装カバー、ヒートシンク
１１ 接触面
１７ 押圧部材
２２ 押圧部材
３１，３３ 締結具
４１ ソケット
４２〜４４ 第２の締結具
５１ 押圧手段
５２ 断熱材

Claims (12)

1. 撮像素子と、
   該撮像素子が冷却面側に配置されて前記撮像素子を冷却する冷却素子と、
   該冷却素子の放熱面に接する接触面を有するヒートシンクと、
   断熱材を介して前記冷却素子側に前記撮像素子を押圧する押圧手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記断熱材は、前記撮像素子が電気的に接続され機械的に固定された基板であり、
   前記押圧手段は、前記冷却素子側に押圧力が作用する状態で前記基板を前記ヒートシンクに取付けることによって前記撮像素子を前記冷却素子側に押圧することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記押圧手段は、押圧部材を用いて押圧力を作用させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記押圧部材の前記ヒートシンク側から頂部までの高さは、前記撮像素子の前記冷却素子とは反対側の面までの高さとほぼ同一であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記押圧手段は、前記基板の有する弾性変形力を用いて押圧力を作用させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
6. 前記押圧手段は、前記撮像素子の撮像面を含む平面と平行な面において前記撮像素子よりも外側に設定された取付け位置で押圧方向の高さを調整自在に前記基板を前記ヒートシンクに取付ける締結具を有し、該締結具による前記基板の取付け位置での高さを前記撮像素子が前記冷却素子に接する場合の高さ位置よりも前記ヒートシンク側に低い位置とすることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記基板の取付け位置は、前記撮像素子から離れた該基板の端部付近に設定されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子は、前記基板に対してリード端子の半田付けによって電気的に接続されかつ機械的に固定されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子は、前記基板に対してリード端子が着脱自在なソケット構造によって電気的に接続され、第２の締結具によって機械的に着脱自在に固定されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載の撮像装置。
10. 前記ヒートシンクは、前記撮像素子および前記冷却素子を密閉する空間を形成する外装カバーよりなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
11. 前記撮像素子は、２次元ＣＣＤであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
12. 前記冷却素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

Images