JP2008187264A - 冷却型撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の撮像面近傍の湿度を含む空気を積極的に移動させることにより、冷却動作開始まえから空気の移動を促進し、撮像素子の撮像面への結露を抑制することができる冷却型撮像装置を提供すること。
【解決手段】撮像素子１と、前記撮像素子を冷却する冷却素子２と、前記撮像素子に入射する光束を前記撮像素子の面内でシフトさせる光学ガラス板５と、前記光学ガラス板を遥動する遥動手段９と、前記遥動手段を駆動する駆動手段１１と、前記冷却素子の動作開始前に前記遥動手段により前記光学ガラス板を遥動させる制御手段２１と、を有する冷却型撮像装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子を冷却する機能を有する冷却型撮像装置に関する。

従来、固体撮像素子を用いた撮像装置において、画像と撮像素子との相対位置を微小に変化させ、その各々の位置での画像を取得することで、見かけ上の画素数を増加させて解像度を向上させ、かつペルチェ素子などの電子冷却素子を用いて撮像素子を冷却することにより、その暗電流を低減し、高画質の画像を取得する冷却型撮像素子が提案されている。このような冷却型撮像装置では、撮像素子の性能を維持するために撮像素子を冷却すると、外部環境（大気中）から装置内に侵入した水分が撮像素子の撮像面に結露を生じさせる恐れがあることから、冷却される部位の近傍に生じる水滴を吸収する吸水部材を備えることで、撮像素子の結露を防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１８５７１３号公報

しかしながら、従来の冷却型撮像装置では、撮像装置内に配置されている吸水部材に水分が一定量以上溜まった状態で運転を終了し、暫く経過した後で冷却型撮像装置の冷却運転を開始すると、撮像素子の撮像面近傍に結露が生じ画像がぼやける等の不具合を生じることが課題となっている。

上記課題を解決するため、本発明は、撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却素子と、前記撮像素子に入射する光束を前記撮像素子の面内でシフトさせる光学ガラス板と、前記光学ガラス板を光軸に沿った方向に遥動する遥動手段と、前記遥動手段を駆動する駆動手段と、前記冷却素子の動作開始前に前記遥動手段により前記光学ガラス板を光軸に沿って遥動させる制御手段と、を有することを特徴とする冷却型撮像装置を提供する。

また、本発明は、撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却素子と、前記撮像素子と前記冷却素子とを保持し、密閉空間を形成する筐体とを備えた冷却型撮像素子において、前記筐体内に配置され、前記撮像素子の撮像面への結露を防止するために前記筐体内の気体を攪拌する攪拌部材と、前記攪拌部材を駆動する駆動手段と、を備えてなることを特徴とする冷却型撮像装置を提供する。

本発明によれば、撮像素子の撮像面近傍の水分を含む空気を積極的に移動させることにより、冷却動作開始前から空気の移動を促進し、撮像素子の撮像面への結露を抑制することができる冷却型撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る冷却型撮像装置に関し図１を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態による冷却型撮像装置の断面図である。図１において撮影レンズ１０１により撮像される被写体側を冷却型撮像装置１００の前方と呼ぶ。

本冷却型撮像装置１００では、外部筐体３は、前カバー３ａと後カバー３ｂとからなり、図示しないネジで固定されている。外部筐体３の内部には、内部筐体７が図示しないネジにより前カバー３ａに固定され、後述する光学フィルタ４と共に密閉空間Ａを形成している。

密閉空間Ａには、内部筐体７にネジ２ｂで螺着された回路基板２ａが設けられ、この回路基板２ａに撮像素子１とペルチェ素子２が実装されている。回路基板２ａには、撮像素子１とペルチェ素子２をそれぞれ制御する不図示の回路、及び部品が実装されている。撮像素子１とペルチェ素子２を基板２ａに実装するにあたっては、ペルチェ素子２の吸熱面が伝熱シート１ａを介して撮像素子１に、ペルチェ素子２の放熱面が伝熱シート２ｃを介して内部筐体７に密着または接着される。

前カバー３ａの前方には、撮像素子１に入射光Ｌを導入する光学窓が開口し、この開口に光学フィルタ４が開口を密閉するように装着され、その前方にレンズマウント６が図示しないネジにより前カバー３ａに固定されている。光学フィルタ４は、赤外カットフィルターであり、所定波長を越える長波長の光をカットする。この光学フィルタ４と内部筐体７と前カバー３ａとで密閉空間Ａが形成されている。

密閉空間Ａには、像シフトのための光学ガラス板５とそれを入射光Ｌの光軸に対して傾斜移動させるための機構である、ガラスホルダ８、段差カム付きギア９、すべり軸受１０、ギア付きモータ１１が配置されている。

段差カム付きギア９は、すべり軸受１０ａ、すべり軸受１０ｂに挟まれ、回転可能な形ですべり軸受１０とともに前カバー３ａに固定されている。段差カム付きギア９は、ギア付きモータ１１を外周のギア部分に組み合わされ、回転駆動可能に構成されている。

ガラスホルダ８は、光学ガラス板５に接着固定された状態で段差カム付きギア９の段差カム部に接触保持され、段差カム付きギア９の回転により、光学ガラス板５を段差位置に応じた姿勢に移動、保持する。これにより、光学ガラス板５は、入射光Ｌの光軸に対して、ヨーイング、及びピッチング方向に傾斜移動を行うことが可能になっている。

なお、ギア付きモータ１１は光学ガラス板５の位置精度、及び位置保持に適しているパルスモータを採用しているが、これに限定されることはない。

冷却型撮像装置１００の内部で最も低温となるのは、ペルチェ素子２の撮像素子１側の吸熱面と、これに接している伝熱シート１ａ、撮像素子１の密着面または接着面である。撮像素子１から吸収された熱は、ペルチェ素子２の放熱面から伝熱シート２ｃを介して内部筐体７に伝わり、さらに前カバー３ａ、後カバー３ｂへ伝わり、装置外部に放熱される。

一般に、密閉空間Ａ内に水分が一定以上存在すると、低温領域で水分が飽和状態となり、水滴が生じる。例えば、特許文献１に示された方法により、撮像素子１の入射光Ｌの進路側の撮像面への結露を防止を行うが、密閉空間Ａ内の水分がさらに増えていくと、最も低温である領域に水分を含む空気が移動する途上で、撮像素子１の撮像面で結露する可能性がある。

本実施の形態では、ペルチェ素子２による撮像素子１の冷却動作開始前に、ギア付きモータ１１を駆動し、撮像素子１の撮像面側の近傍に配置されている像シフトのための光学ガラス板５を光軸に沿って前後に遥動駆動することにより、撮像素子１の前面空間の水分を含む空気に揺動を与え、最も低温であるペルチェ素子２に向かって水分を含む空気の移動を促進するように、回路基板２ａに搭載されている制御部２１によりギア付きモータ１１が駆動制御される。

制御部２１は、冷却型撮像装置１００の電源が投入された際、予め定められた時間、ギア付きモータ１１を駆動し、光学ガラス板５を遥動運動した後、ペルチェ素子２の動作を開始し不図示の温度センサーで撮像素子１が所定の温度に冷却されるまでの間、光学ガラス板５の遥動運動を継続するように制御する。これにより、密閉空間Ａ内の湿度が高い状態においても結露が出にくい状態を実現することができる。

なお、結露防止のための制御部２１の制御は、上述した方法に限らず適宜変更することが可能である。例えば、冷却期間中において撮影を行っていない期間を利用して、ギア付きモータ１１を駆動して光学ガラス５を遥動運動し、撮像素子１前面空間の空気を攪拌するようにしても良い。また、攪拌部材は光学ガラス５に限らず、専用に設けられた気体の攪拌部材であっても良い。

また、ギア付きモータ１１で発生する熱を伝熱板１２で撮像素子１の前面空間に伝熱することで、更に結露が出にくい状態を実現することができる。

（実施の形態の変形例）
次に、上記実施の形態の変形例について図２を参照しつつ説明する。本変形例の基本構成は図１と同様であり、詳細な説明は省略する。図２は、変形例の主要分の拡大図であり、図１と同等な部材には同じ符号を付して説明する。

図２は、撮像素子１部分の拡大図である。但し、撮像素子１の背面に熱的に接触されているペルチェ素子２は記載を省略している。

本変形例では、撮像素子１の撮像側のカバーガラスの外周部に、伝熱シート１３を介して、伝熱板１２が密着または接着されている。伝熱板１２は、ギア付きモータ１１に密着した状態で撮像素子１の前方に配置されており、ギア付きモータ１１で発生する熱を撮像素子１の前面及び前面空間に伝熱させている。

このような構成にすることにより、結露防止動作のためにギア付きモータ１１を駆動している間及び冷却動作開始時のギア付きモータ１１の動作中に、撮像素子１の前面および前面空間の空気を暖めることで、この領域の水分が飽和状態となり結露が発生することを防止している。

また、撮像素子１をペルチェ素子２が冷却し、冷却撮像装置１００で被写体像を撮影している間も、像シフトのための光学ガラス板５を所定の傾斜に維持するために、ギア付きモータ１１に一定量の電流を流していることによる熱の一部を撮像素子１の前面及び前面空間に伝熱することにより、撮像素子１の前面及び前面空間を更に結露しにくい環境にすることが可能になる。

以上述べたように、本実施の形態及び変形例によれば、撮像素子１の前方近傍に傾斜移動可能な光学ガラス板５を配置することで、撮像素子１と光学ガラス板５間の空間の水分を含んだ空気を遥動可能にし、ペルチェ素子３による冷却動作開始前から開始以降の空気の移動を促進し、撮像素子１の撮像面の結露を抑制することができる。

また、像シフト用の光学ガラス板５の遥動手段を駆動するギア付きモータ１１より発生する熱を撮像素子１の前面空間、或いは前面及び前面空間に伝熱する手段を併用することで、撮像素子１の前方近傍の相対湿度を低い状態にし、さら結露が出にくい状態を作ることができる。

また、撮像素子１の結露防止に像シフトのための光学ガラス板５の駆動機能を使用することで、結露の防止の為の特段の設備を必要とせず安価に構成することができる。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本実施の形態による冷却型撮像装置の断面図である。 変形例の主要分の拡大図

符号の説明

１ 撮像素子
２ ペルチェ素子
５ 光学ガラス板
８ ガラスホルダ
９ 段差カムギア
１０ すべり軸受
１１ ギア付きモータ
１２ 伝熱板
１３ 伝熱シート
２１ 制御部

Claims (5)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子を冷却する冷却素子と、
   前記撮像素子に入射する光束を前記撮像素子の面内でシフトさせる光学ガラス板と、
   前記光学ガラス板を遥動する遥動手段と、
   前記遥動手段を駆動する駆動手段と、
   前記冷却素子の冷却動作開始前から前記遥動手段により前記光学ガラス板を遥動させる制御手段と、
   を有することを特徴とする冷却型撮像装置。
2. 前記駆動手段で発生する熱を前記撮像素子の入射面側空間に伝達することを特徴とする請求項１に記載の冷却型撮像装置。
3. 前記駆動手段と前記撮像素子のカバーガラスの外周部とが伝熱手段で接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却型撮像装置。
4. 撮像素子と、
   前記撮像素子を冷却する冷却素子と、
   前記撮像素子と前記冷却素子とを保持し、密閉空間を形成する筐体とを備えた冷却型撮像装置において、
   前記筐体内に配置され、前記撮像素子の撮像面への結露を防止するために前記筐体内の気体を攪拌する攪拌部材と、
   前記攪拌部材を駆動する駆動手段と、
   を備えてなることを特徴とする冷却型撮像装置。
5. 前記攪拌部材は、前記撮像素子に入射する光束を前記撮像素子の面内でシフトし、画素ずらしを行う光学ガラス板から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の冷却型撮像装置。

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