JP2009117911A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露の発生を防止しながら撮像素子を冷却可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像手段５と、撮像手段５を冷却する冷却手段７とを有し、撮像手段５と冷却手段７を密閉して収納する撮像装置１であって、冷却手段７の冷却温度を制御する制御手段６と、撮像装置１内に配置されており、撮像装置１内の雰囲気の温度及び相対湿度を検出する検出手段８とを更に備え、制御手段６は、冷却手段７によって撮像手段５を前記冷却温度で冷却する際の結露の発生の有無を、検出手段８の検出結果に基づいて判定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、撮像装置においては、画像信号のＳ／Ｎ比を低下させる原因の一つとして、撮像素子の自己発熱や環境温度の上昇によって発生する暗電流に起因した固定パターン雑音（Fixed Pattern Noise、以下「ＦＰＮ」と略記する。）が知られている。そして、このＦＰＮを低減させて画像信号のＳ／Ｎ比を効率的に向上させる技術として、ペルチェ素子等の冷却部によって撮像素子を冷却し暗電流の増加を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平７−２９５６５９号公報

ここで、前述のＦＰＮは撮像素子の温度が低いほど低減することが知られている。しかしながら撮像素子を過度に冷却すれば、撮像素子のガラス面に結露が発生してしまう危険がある。上述のような従来の方法では、撮像素子を所定の冷却温度に冷却することで結露の発生を防止しているものの、この冷却温度の設定は使用者に委ねられているため、使用者の誤った使用により、かえって結露の発生を招いてしまう事態にもなりかねないという問題があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、結露の発生を防止しながら撮像素子を冷却することが可能な撮像装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明は、
撮像手段と、前記撮像手段を冷却する冷却手段とを有し、前記撮像手段と前記冷却手段を密閉して収納する撮像装置であって、
前記冷却手段の冷却温度を制御する制御手段と、
前記撮像装置内に配置されており、前記撮像装置内の雰囲気の温度及び相対湿度を検出する検出手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記冷却手段によって前記撮像手段を前記冷却温度で冷却する際の結露の発生の有無を、前記検出手段の検出結果に基づいて判定することを特徴とする撮像装置を提供する。

本発明によれば、結露の発生を防止しながら撮像素子を冷却することが可能な撮像装置を提供する。

以下、本発明の実施形態に係る撮像装置を添付図面に基づいて詳細に説明する。
はじめに、本実施形態に係る撮像装置の全体的な構成を簡単に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。
図１に示すように本実施形態に係る撮像装置１は、撮像装置本体部２と、画像演算処理部３とからなる。

撮像装置本体部２は、撮影光学系４と、撮像素子５と、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）６とを密閉された筐体内に備えており、さらに撮像素子５の近傍には、撮像素子５を冷却するための冷却部７と、撮像装置１内の雰囲気の温度及び湿度を測定するための検出部８と備えている。
撮像素子５は、二次元マトリクス状に配置された多数の画素を半導体基板上に形成して構成されている。
また本実施形態において、冷却部７には例えばペルチェ素子が採用されており、検出部８には例えば温湿度センサが採用されている。

ＭＰＵ６は、撮像装置１の各部を制御するための撮像装置制御部９と、冷却部７を制御するための冷却部制御部１０とを有している。この冷却部制御部１０は、検出部８の検出結果から撮像素子５を冷却する際の冷却部７の設定温度（冷却温度）を求める演算比較処理部１１と、当該冷却温度に基づいて冷却部７を駆動する温度制御部１２とからなる。
斯かるＭＰＵ６は、撮影した画像等を表示する表示装置１３、及びＩ／Ｆ部１４と接続されており、このＩ／Ｆ部１４は、電源ボタン、レリーズボタン、撮影モード選択ボタン、及び撮影条件入力ボタン等を含む操作用ボタン群（いずれも不図示）をヒューマンインターフェースとして備えるものである。

画像演算処理部３は、撮像素子５からの画像信号にクランプ処理、感度補正処理、及びＡ／Ｄ変換等を施して画像データを作成する利得制御部１５及びカメラ処理部１６と、画像データに対して画像処理を施す画像処理部１７と、画像データを格納する画像メモリ１８とを有しており、これらはシステムバス１９を介してＭＰＵ６と接続されている。
なお、本実施形態に係る撮像装置１は、ＭＰＵ６における冷却部制御部１０の機能を主な特徴とおり、特に説明していない部分の構成及び機能については従来の撮像装置と基本的に同様である。

上記構成の本実施形態に係る撮像装置１において、被写体からの光は撮像装置本体部２の撮影光学系４によって結像されて撮像素子５によって受光され、これによって撮像素子５は画像信号を利得制御部１５へ出力する。利得制御部１５は、カメラ処理部１６とともに画像信号に上述した種々の処理を施して画像データを作成する。これにより画像処理部１７は、画像データに画像処理を施し、これを画像メモリ１８に格納する。またこれとともにＭＰＵ６は画像データを取得してこれに基づく画像を表示装置１３に表示させる。以上のようにして本撮像装置１の使用者は、撮影した画像を観察及び保存することができる。

次に、本実施形態に係る撮像装置１における最も特徴的な構成について詳細に説明する。
本撮像装置１は、ＦＰＮを効率的に低減するべく撮像素子５を冷却する際に、以下に述べる撮像素子冷却ルーチンを実行することで結露の発生を効果的に防止するものである。
図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置において実行される撮像素子冷却ルーチンを示すフローチャートである。
本撮像素子冷却ルーチンは、本撮像装置１の電源の入力に伴って開始される。

ステップＳ１：ＭＰＵ６における演算比較処理部１１が、検出部８で測定された測定温度（撮像装置１内の雰囲気の温度）Ｔｋを該検出部８より取得する。
ステップＳ２：演算比較処理部１１が、測定温度Ｔｋから周囲環境温度（撮像装置１をとりまく環境の温度）Ｔａを予測する。なお、本実施形態では、測定温度Ｔｋと周囲環境温度Ｔａは等しいものとする。
ステップＳ３：演算比較処理部１１が、（周囲環境温度Ｔａ−１０）℃を冷却部周辺温度（撮像装置１内における冷却部７周辺の雰囲気の温度）Ｔｃと想定する。

ステップＳ４：演算比較処理部１１は、冷却部周辺温度Ｔｃのときの飽和水蒸気量と同量の水蒸気が、周囲環境温度Ｔａの雰囲気中に含まれる場合の相対湿度を算出し、これを相対湿度閾値Ｈｒｓとする。なお、相対湿度閾値Ｈｒｓは、周囲環境温度Ｔａ及び冷却部周辺温度Ｔｃを用いて図３に示した算出式より求めることができる。
ステップＳ５：演算比較処理部１１が、検出部８で測定された測定相対湿度（撮像装置１内の雰囲気の相対湿度）Ｈｒを該検出部８より取得する。

ステップＳ６：演算比較処理部１１は、測定相対湿度Ｈｒが相対湿度閾値Ｈｒｓよりも小さいか否かを判定する。測定相対湿度Ｈｒが相対湿度閾値Ｈｒｓよりも小さい場合はステップＳ７へ進み、大きい場合はステップＳ８へ進む。
本撮像装置１において、冷却部７によって撮像素子５を過度に冷却すれば、冷却部７及び撮像素子５付近の雰囲気の温度が低下し撮像素子５に結露が生じてしまう。これは言い換えれば、撮像装置１内の雰囲気の実際の水蒸気量（１m³当りの水蒸気量）が、冷却部周辺温度Ｔｃのときの飽和水蒸気量を上回った状態である。

ここで、上記ステップＳ４及びステップＳ５で求めた相対湿度閾値Ｈｒｓ及び測定相対湿度Ｈｒは、以下のように表すことができる。
測定相対湿度Ｈｒ＝（測定温度Ｔｋのときの撮像装置内の雰囲気の実際の水蒸気量（１m³
当りの水蒸気量））／（周囲環境温度Ｔａのときの飽和水蒸気量）
相対湿度閾値Ｈｒｓ＝（冷却部周辺温度Ｔｃのときの飽和水蒸気量）／（周囲環境温度
Ｔａのときの飽和水蒸気量）

このため演算比較処理部１１は、本ステップＳ６において斯かる相対湿度閾値Ｈｒｓと測定相対湿度Ｈｒとを比較することで、冷却部７周辺において実際の水蒸気量が冷却部周辺温度Ｔｃのときの飽和水蒸気量を上回っているか否かを判定することができる。そしてこの判定結果は、撮像装置１内の雰囲気が、冷却部７によって冷却温度（冷却部周辺温度Ｔｃ）で撮像素子５を冷却した際に、撮像素子５に結露が生じてしまう状況にあるか否かを示している。したがって演算比較処理部１１は、相対湿度閾値Ｈｒｓと測定相対湿度Ｈｒとを比較することで、冷却部周辺温度Ｔｃが冷却温度として適切か否かを判定することができる。

ステップＳ７：上記ステップＳ６における測定相対湿度Ｈｒが相対湿度閾値Ｈｒｓよりも小さいとの判定結果から、撮像装置１内の雰囲気は撮像素子５を冷却部周辺温度Ｔｃで冷却しても結露が生じない状況であることがわかる。このため演算比較処理部１１は、冷却温度を冷却部周辺温度Ｔｃ＝（周囲環境温度Ｔａ−１０）℃と定め、この情報を温度制御部１２へ伝達する。これに基づいて温度制御部１２は冷却部７を駆動し、該冷却部７は撮像素子５を前記冷却温度にて冷却する。
ステップＳ８：上記ステップＳ６における測定相対湿度Ｈｒが相対湿度閾値Ｈｒｓよりも大きいとの判定結果から、撮像装置１内の雰囲気は撮像素子５を冷却部周辺温度Ｔｃで冷却すると結露が生じてしまう状況であることがわかる。このため演算比較処理部１１は、より高い（周囲環境温度Ｔａ−５）℃を冷却部周辺温度Ｔｃとして想定する。

ステップＳ９：演算比較処理部１１が、上記ステップＳ８で想定された新たな冷却部周辺温度Ｔｃ＝（周囲環境温度Ｔａ−５）℃を用いて、相対湿度閾値Ｈｒｓを再度算出する。
ステップＳ１０：演算比較処理部１１が、測定相対湿度Ｈｒが相対湿度閾値Ｈｒｓよりも小さいか否かを再度判定する。測定相対湿度Ｈｒが相対湿度閾値Ｈｒｓよりも小さい場合はステップＳ１１へ進み、大きい場合はステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１１：上記ステップＳ１０における判定結果から、撮像装置１内の雰囲気は撮像素子５を新たな冷却部周辺温度Ｔｃで冷却しても結露が生じない状況であることがわかる。このため演算比較処理部１１は、冷却温度を冷却部周辺温度Ｔｃ＝（周囲環境温度Ｔａ−５）℃と定め、この情報を温度制御部１２へ伝達する。これに基づいて温度制御部１２は冷却部７を駆動し、該冷却部７は撮像素子５を前記冷却温度にて冷却する。

ステップＳ１２：上記ステップＳ１０における判定結果から、撮像装置１内の雰囲気は撮像素子５を新たな冷却部周辺温度Ｔｃで冷却すると結露が生じてしまう状況であることがわかる。このため演算比較処理部１１は、冷却部７による撮像素子５の冷却をオフすることを定め、この情報を温度制御部１２へ伝達する。これに基づいて温度制御部１２は冷却部７の駆動を中止し、撮像素子５の冷却をオフする。
ステップＳ１３：演算比較処理部１１は、本撮像素子冷却ルーチンに関わる撮像装置１の各部の現状を維持したまま所定時間（本実施形態では、例えば１０分間）が経過するまで待機する。
ステップＳ１４：演算比較処理部１１は、撮像装置１の電源がオフされたか否かを判定する。撮像装置１の電源がオフされた場合、本撮像素子冷却ルーチンは終了し、オフされていない場合にはステップＳ１へ戻る。

以上の撮像素子冷却ルーチンを実行することによって本撮像装置１は、結露の発生に対して冷却部７の冷却温度が適切か否か（冷却手段７によって撮像素子５を冷却する際の結露の発生の有無）を判定し、この判定結果に応じて冷却部７の駆動／駆動中止を制御することで、結露の発生を防止しながら撮像素子５を冷却することができる。
そして本撮像装置１は、冷却部７を駆動するにあたって上述のように段階的に２つの冷却温度（（周囲環境温度Ｔａ−１０）℃と（周囲環境温度Ｔａ−５）℃）を設けているため、結露の発生を防止しながら撮像素子５をより効果的に冷却することができる。

なお、本実施形態では、上述のように冷却部７の冷却温度が適切か否かの判定結果に応じて、自動的に冷却部７の冷却温度を変更又は冷却オフすることで結露の発生を防止するものである。しかしながらこの構成に限られず、冷却部７の冷却温度が不適切であるとの判定結果が得られた場合には、その旨の警告を表示装置１３に表示、或いは音声出力装置を備えこれによって警告音を発信する等して、使用者に冷却部７の冷却温度の変更又は冷却オフを積極的に促す構成とすることもできる。
更に、暗電流の発生を考慮した冷却温度も加味すれば、暗電流の防止と結露発生の防止の両者をともに改善することが可能となる。

以上、本実施形態によれば、結露の発生を防止しながら撮像素子を冷却することが可能な撮像装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置において実行される撮像素子冷却ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る撮像装置において演算比較処理部が相対湿度閾値Ｈｒｓを求める際に用いられる算出式である。

符号の説明

１ 撮像装置
５ 撮像素子
７ 冷却部
８ 検出部
６ ＭＰＵ
１０ 冷却部制御部
１１ 演算比較制御部
１２ 温度制御部

Claims (5)

1. 撮像手段と、前記撮像手段を冷却する冷却手段とを有し、前記撮像手段と前記冷却手段を密閉して収納する撮像装置であって、
   前記冷却手段の冷却温度を制御する制御手段と、
   前記撮像装置内に配置されており、前記撮像装置内の雰囲気の温度及び相対湿度を検出する検出手段とを更に備え、
   前記制御手段は、前記冷却手段によって前記撮像手段を前記冷却温度で冷却する際の結露の発生の有無を、前記検出手段の検出結果に基づいて判定することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記撮像手段に結露が発生しうると判定した場合、前記冷却手段による前記撮像手段の冷却を中止することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記冷却温度で前記撮像手段に結露が発生しうると判定した場合、前記冷却手段が前記冷却温度よりも高い冷却温度で前記撮像手段を冷却する際の結露の発生の有無を再度判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記撮像手段に結露が発生しうると再度判定した場合、前記冷却手段による前記撮像手段の冷却を中止することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 撮像手段と、前記撮像手段を冷却する冷却手段とを有し、前記撮像手段と前記冷却手段を密閉して収納する撮像装置であって、
   前記撮像装置内に配置されており、撮像装置内の雰囲気の温度及び相対湿度を検出する検出手段と、
   前記冷却手段によって前記撮像手段を所定の冷却温度で冷却する際の結露の発生の有無を、前記検出手段の検出結果に基づいて判定する制御手段と、
   使用者に結露の注意を促すための警告を出力する出力手段とを更に備え、
   前記制御手段は、前記撮像手段に結露が発生しうると判定した場合、前記出力手段に前記警告を出力させることを特徴とする撮像装置。

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