JP3854846B2

JP3854846B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP3854846B2
Application number: JP2001332828A
Authority: JP
Inventors: 繁夫高橋; 浩幸松浦
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2003143450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いる固体撮像装置において鮮明な画像を得るためには、作動中における固体撮像素子の温度上昇に伴う暗電流の増加を防止することと、各固体撮像素子の取り付け位置精度（レジストレーション）を十分に高い水準（例えば、１μｍ程度以下）に保つこととが重要となる。
【０００３】
そのため、固体撮像素子を装置内に取り付ける際の固体撮像素子にかかる機械的ストレス、作動中の固体撮像素子自身の発熱による熱膨張、及び、固体撮像素子の固定部材の熱膨張又は熱収縮による影響が取り付け位置精度を低下させることを考慮し、固体撮像装置には、作動中の固体撮像素子を冷却してその温度上昇を防止するための冷却機構が設けられている。
【０００４】
例えば、特開平７−１５４６５７号公報、特開平９−６５３４８号公報、特開平８−３１９９３号公報、特開平１１−２０４７０７号公報、特開２００１−５３９９１号公報に上述のような冷却機構を備える固体撮像装置或いは電子携帯機器が開示されている。
【０００５】
例えば、特開平１１−２０４７０７号公報には、固体撮像素子等の電子部品に密着され電子部品で生じた熱を吸収する吸熱部と、吸熱部を基点に相互に異なる方向に延びてこの吸熱部に取り付けられ、吸熱部で吸収した熱を移動する複数本のヒートパイプと、それぞれのヒートパイプに取り付けられ、ヒートパイプにより移動された熱を放出する放熱部とを有する放熱装置を備えた構成の電子携帯機器が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された従来の装置は、固体撮像素子を効率よく冷却し所定の温度で安定に動作させるとともに、その取り付け位置精度の低下を防止することができず、良好な撮像画像を得るには未だ不十分であった。また、上記公報に記載された従来の装置は、固体撮像素子を冷却するための構造が複雑で、取り付け位置精度を低下させることなく固体撮像装置を組み立てることが容易にできなかった。
【０００７】
例えば、特開平１１−２０４７０７号公報に記載の電子携帯機器においては、複数本のヒートパイプは吸熱部を基点に相互に異なる方向に延びてこの吸熱部に取り付けられているため、冷却機構の設置スペースが大きくなっていた。また、固体撮像素子を冷却するための構造が複雑で、固体撮像装置を組み立てることが容易にできなかった。更に、ヒートパイプが屈撓性を有する構成とした場合には、作動中の固体撮像素子にヒートパイプの応力が常にかかるため、固体撮像素子を安定に動作させることができなかった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子の取り付け位置精度が高く、固体撮像素子を所定の温度で安定に動作させることができ、かつ、容易に組み立てることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受光面を有しており、該受光面から入射する入射光を複数の色成分の光に分解するとともに各色成分の光ごとに設けられた光出射面から出射する色分解プリズムと、各光出射面にそれぞれ隣接して配置されており、各光出射面から出射される各色成分の光を光電変換する複数の固体撮像素子と、各固体撮像素子にそれぞれ隣接して配置されており、各固体撮像素子において発生する熱を吸収する複数の冷却ブロックと、入射光を採光するための開口部が設けられており、色分解プリズム、各固体撮像素子及び各冷却ブロックを収容する略直方体のケースと、一端がケースの互いに対向する側面パネルの何れか一方に接続され、他端が各冷却ブロックの何れかに接続される複数の塑性変形可能なヒートパイプと、を有しており、各冷却ブロックのそれぞれに対して、一方の側面パネルからのびるヒートパイプが少なくとも１本接続され、かつ、他方の側面パネルからのびるヒートパイプが少なくとも１本接続されており、各ヒートパイプは、それぞれが接続される側面パネルの法線方向に略平行に配置されており、各冷却ブロックは、各ヒートパイプを接続するための挿入孔を有するとともに、各固体撮像素子が隣接して配置される面と対向する面において各ヒートパイプの前記一端側に切りかき部を有し、切りかき部は、各ヒートパイプが挿入孔に挿入された際、切りかき部と各ヒートパイプとの間に隙間を生じるように形成されていることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
【００１０】
ここで、「塑性変形可能なヒートパイプ」とは、固体撮像素子を冷却ブロックに取り付ける際に、固体撮像素子に機械的ストレスをかけることなく、固体撮像素子と冷却ブロックとの接触面に加わる圧力（例えば、９８×１０³〜９８０×１０³Ｐａ）により容易に塑性変形するヒートパイプであり、固体撮像装置の作動温度領域（例えば、−３０〜８０℃）においては塑性変形した状態が保持され、接続されている冷却ブロックを支持してそのケース内における位置を保持できるヒートパイプを示す。
【００１１】
この固体撮像装置によれば、ケース内の複数の冷却ブロックを支えるヒートパイプが塑性変形可能であるので、複数の固体撮像素子が装着された色分解プリズムをケース内に取り付ける際に、各固体撮像素子に機械的ストレスを与えることなく冷却ブロックに固定することができる。また、このときに、色分解プリズムに対して光学的な３次元位置調整の施された各固体撮像素子同士の相対的な位置をずらすことなく高い取り付け位置精度で取り付けることができる。更に、内部に閉じ込めた作動流体の相平衡（例えば、液体の蒸発・凝縮サイクル）を利用するヒートパイプは大きな熱輸送量を有するので、固体撮像素子を効率よく冷却することができる。また、同一の冷却ブロックの挿入孔に挿入されるヒートパイプは、先に述べたように全て互いに略平行に配置されているので、固体撮像装置をいかなる姿勢で作動させても固体撮像素子を常に効率よく冷却することができる。しかも、ヒートパイプをこのように配置すれば、ヒートパイプの設置スペースを十分に小さくすることができるので、固体撮像装置をコンパクトに構成することができる。
【００１２】
そして、熱伝導部材を用いて冷却ブロックをケースに予め固定しておけば、色分解プリズムをケース内に取り付ける作業を容易に行うことができるので、固体撮像装置を効率よく組み立てることができる。
【００１３】
更に、各固体撮像素子と各熱伝導部材との間に配置される各冷却ブロックが所定の熱容量を有しているので、作動中において各固体撮像素子を冷却する際に各固体撮像素子の温度の変動を十分に低減することができる。そのため、高い取り付け位置精度を保持しつつ各固体撮像素子を所定の温度で安定的に作動させることができる。また、色分解プリズムの取り付けの際に塑性変形した熱伝導部材は、作動中においてその形状を保つのみで各固体撮像素子に圧力をかけることはないので、この観点からも各固体撮像素子を安定に作動させることができる。
【００１４】
また、本発明の固体撮像装置は、ケースは、ケース本体と、ケース本体に脱着可能に装着されるケースカバーとから構成されており、ケース本体は、開口部が設けられた前面パネルと、前面パネルに対向配置される背面パネルと、色分解プリズム及び各固体撮像素子を載置する底面パネルとを有しており、ケースカバーは、２つの側面パネルと、底面パネルに対向配置される上面パネルと、各冷却ブロックと、各ヒートパイプとが一体化されて構成されていることを特徴としていてもよい。
【００１５】
上記の構成を有するケースカバーを採用することにより、複数の固体撮像素子が装着された色分解プリズムをケース内に取り付ける作業をより容易におこなうことができ、装置をより効率よく組み立てることが可能となる。
【００１６】
なお、本発明において、ケースをケース本体と、ケース本体に脱着可能に装着されるケースカバーとから構成する場合、ケースカバーは上述の構成を有するもの以外に、上面パネルのかわりに背面パネルを一体化させた構成を有するものを採用してもよい。
【００１９】
また、本発明の固体撮像装置は、各固体撮像素子と各冷却ブロックとの間にペルチェ素子が更に配置されていることを特徴としていてもよい。このように、ペルチェ素子を更に備えることにより、作動中における固体撮像素子の冷却をより低い温度で精密に行うことができ、各固体撮像素子の温度の変動や暗電流の増加を十分に抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
【００２１】
図１は、本発明の固体撮像装置の好適な一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示した固体撮像装置の正面図である。図３は、図１に示した固体撮像装置の背面図である。図４は、図１のII−II線に沿ってみた固体撮像装置の概略的な基本構成を示す断面図である。
【００２２】
本実施形態の固体撮像装置１は図１〜図４に示すように、主として、色分解プリズム１０と、色分解プリズム１０の各光出射面Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３上にそれぞれ配置された各固体撮像素子２１，２２，２３と、これらの固体撮像素子の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３上にそれぞれ配置されたペルチェ素子３１，３２，３３と、これらのペルチェ素子の裏面上にそれぞれ配置された冷却ブロック４１，４２，４３と、これらの冷却ブロックに接続されるヒートパイプ５１，５２，５３，５４，５５，５６と、各固体撮像素子から送出される電気信号を処理するが画像処理部７と、上記の撮像のための各部品を収容するケース２とから構成されている。
【００２３】
図１〜図３に示すように、略直方体の形状を有するケース２は、断面コの字型のケース本体３と、前記ケース本体に脱着可能に装着される断面コの字型のケースカバー４とから構成されている。
【００２４】
ケース３本体は、開口部Ｈ２が形成された前面パネル３ａと、該前面パネル３ａに対向して配置される背面パネル３ｂと、上述の撮像のための各部品が上面に載置されており、この上面の対向する縁部に前面パネル３ａと背面パネル３ｂとが立設される底面パネル３ｃとから構成されている。
【００２５】
一方、ケースカバー４は、略直方体のケース２を構成したときに前面パネル３ａと背面パネル３ｂとの間の側面を形成する２つの側面パネルと、底面パネルに対向配置される上面パネルが一体化されたものである。そして、固体撮像装置１の組み立て時には、このケースカバー４に冷却ブロック４１，４２，４３と、これらを支持する各ヒートパイプ５１，５２，５３，５４，５５，５６とが予め一体的に接続される。これにより、各固体撮像素子２１，２２及び２３が装着された色分解プリズム１０をケース２内に取り付ける際の作業が容易になる。
【００２６】
このケースカバー４は、放熱板として機能するものであり、ケースカバー４を構成する各パネルの外部側の表面には、前面パネル３ａの法線方向に略平行に形成された溝が所定の間隔でストライプ状に形成されている。このように溝を形成することにより、ケースカバー４の放熱効率を向上させることができる。
【００２７】
そして、ケース本体３と、ケースカバー４とは、例えばネジ止めするなどして接続される。また、これらのケース本体３とケースカバー４を構成する各パネルは、例えば、アルミニウム等の熱伝導性を有する構成材料として形成されている。
【００２８】
ケース３本体の前面パネル３ａの開口部Ｈ２は後述の色分解プリズム１０に入射させる入射光を採光するためのものであり、略円形の形状を有している。また、前面パネル３ａの開口部Ｈ２の外部側には、撮影光学系（図示せず）を固体撮像装置１に脱着可能に装着するためのレンズアタッチメント部５が設けられている。この撮影光学系は固体撮像装置１の用途に応じて様々な種類のレンズなどから構成される。
【００２９】
また、レンズアタッチメント部５には、前面パネル３ａの開口部Ｈ２と同軸の略円形状の開口部が形成されている。更に、レンズアタッチメント部５の開口部には撮影光学系を脱着可能に装着するための溝等が形成されている。そして、前面パネル３ａの開口部Ｈ２には、固体撮像装置１内に外部からゴミなどが入り込まないように光学ガラスからなるカバーガラス６が配置されている。
【００３０】
背面パネル３ｂには、放湿のための通気口Ｈ３ｂが設けられている。また、背面パネル３ｂの内部には、固体撮像装置１内に通気口Ｈ３ｂからゴミなどが入り込まないように背面保護カバー８が配置されている。この背面保護カバー８は、背面保護カバー８よりも装置１の内部側に配置される連続環状体からなる固定部材８１と、背面保護カバー８よりも装置１の外部側に配置される連続環状体からなる固定部材８３との間に挟持されている。そして、固定部材８１及び８３はそれぞれの外縁部をネジ８３によりネジ止めされて一体化されている。また、固定部材８１は底面パネル３ｃに固定されている。
【００３１】
図４に示す色分解プリズム１０は、前面パネル３ａの開口部Ｈ２に面する受光面Ｆ１０を有しており、該受光面Ｆ１０から入射する入射光Ｌ１０を例えば、３つの色成分の光Ｌ１（例えば緑色光），Ｌ２（例えば青色光）及びＬ３（例えば赤色光）に分解するためのものである。この色分解プリズム１０は、例えば、高熱伝導率のアルミダイカスト材から構成される。
【００３２】
色分解プリズム１０は、特定波長の光を反射するダイクロイック膜（図示せず）を挟んで組み立てられた３個の複合プリズム（ダイクロイックプリズム）からなる色成分光路１１，１２及び１３から構成されている。例えば、図４に示す色分解プリズム１０で用いられているダイクロイック膜は赤色領域の波長の光成分を反射する赤反射用と、青色領域の波長の光成分を反射する青反射用があり、何れも緑領域の波長の光成分を透過させる。
【００３３】
従って、緑色光Ｌ１は色成分光路１１内を入射光Ｌ１０に平行な方向に直進し、青色光Ｌ２及び赤色光Ｌ３は対応するダイクロイック膜の設置面の角度に応じて入射光Ｌ１０に平行な方向とは異なる方向に進行する。なお、図４に示す色分解プリズム１０の場合には、赤色光Ｌ３は色成分光路１３内を底面パネル３ｃの側に向けて進行し、青色光Ｌ２は色成分光路１２内をケースカバー４の側に向けて進行する設定となっている。
【００３４】
そして、各色成分の光Ｌ１，Ｌ２及びＬ３は、これらの色成分の光ごとに色成分光路１１，１２及び１３にそれぞれ設けられた光出射面Ｆ１１，Ｆ１２及びＦ１３から出射される。
【００３５】
図４に示すように、色分解プリズム１０の光出射面Ｆ１１，Ｆ１２及びＦ１３には、例えば、ＣＣＤ（CHARGE COUPLED DEVICE）等の固体撮像素子２１，２２及び２３がそれぞれ隣接して配置されている。固体撮像素子２１，２２及び２３は、それぞれの受光面に入射した各色成分の光Ｌ１，Ｌ２及びＬ３の強度を電気信号に変換し、後述する画像処理部７に出力するためのものである。これにより、１次元または２次元の光像を撮像することができる。各固体撮像素子２１，２２及び２３はそれぞれの受光面が色分解プリズム１０の光出射面Ｆ１１，Ｆ１２及びＦ１３に密着する状態で例えば、光学系接着剤を用いて接着されている。
【００３６】
また、各固体撮像素子２１，２２及び２３には、それぞれの作動温度を検知するための温度センサ（図示せず）が接続されており、更にこれらの温度センサは画像処理部７の制御部に電気的に接続されている。
【００３７】
図４に示すように、各固体撮像素子２１，２２及び２３の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３には、ペルチェ素子３１，３２及び３３がそれぞれ隣接して配置されている。
【００３８】
図５は、図１に示したペルチェ素子の基本構成の一例を概略的に示す系統図である。図５に示すように、これらのペルチェ素子３１，３２及び３３は、金属板３４と金属板３７aとの間にＰ型半導体３６が配置され、金属板３４と金属板３７ｂとの間にＮ型半導体３５が配置された基本構成を有している。更に、金属板３７aと３７ｂとは導線３８により電気的に接続されており、金属板３７aと３７ｂとの間の導線３８上には、定電流源３９が電気的に直列に配置されている。
【００３９】
なお、図４に示すペルチェ素子３１，３２及び３３は、要求される冷却性能に応じて、上述の金属板と、Ｐ型半導体と、Ｎ型半導体とからなる単位構成を、Ｐ型半導体およびＮ型半導体を電気的には直列となり、熱的には並列となるように複数接続することにより構成する。
【００４０】
そして、各ペルチェ素子３１，３２及び３３は、この定電流源３９により金属板３４を介して金属板３７ｂから金属板３７aに向かう直流電流を流すことにより、金属板３４と金属板３７a及び３７ｂとの間に金属板３４に対して金属板３７a及び３７ｂが低温となるような温度差を生じさせることができる。
【００４１】
すなわち、ペルチェ素子３１，３２及び３３は、金属板３４の面から金属板３７a及び３７ｂの面へ熱を移送することができる。そして、各ペルチェ素子３１，３２及び３３は、上述の金属板３４の面を各固体撮像素子２１，２２及び２３の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３に密着させることにより、各固体撮像素子２１，２２及び２３から熱ｈ２１を汲み上げ、金属板３７a，３７ｂの面から後述する各冷却ブロック４１，４２及び４３に向けて熱ｈ４１を放出するヒートポンプとして働く。
【００４２】
また、各ペルチェ素子３１，３２及び３３は、画像処理部７の制御部に電気的に接続されており、それぞれの定電流源３９の出力が制御される構成となっている。更に、各固体撮像素子２１，２２及び２３の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３と各ペルチェ素子３１，３２及び３３の金属板３７a，３７ｂの面の間にはグリースが塗布され、各固体撮像素子２１，２２及び２３と各ペルチェ素子３１，３２及び３３とがそれぞれ密着されている。
【００４３】
図４に示すように、各ペルチェ素子３１，３２及び３３の裏面には、冷却ブロック４１，４２及び４３がそれぞれ隣接して配置されている。また、冷却ブロック４１内部には、ケースカバー４の一方の側面パネルからのびる塑性変形可能なヒートパイプ５１が接続され、かつ、他方の側面パネルからのびる塑性変形可能なヒートパイプ５２が接続されている。そして、ヒートパイプ５１及び５２は、それぞれが接続される側面パネルの法線方向に略平行に配置されており、それぞれの冷却ブロック４１に接続される側の部分が冷却ブロック４１の内部に熱的接触を保つ状態で挿入されている。
【００４４】
更に、上述の冷却ブロック４１とヒートパイプ５１及び５２と同様の配置条件で、冷却ブロック４２内部には塑性変形可能なヒートパイプ５３及び５４が熱的接触を保つ状態で挿入されており、冷却ブロック４３内部にはヒートパイプ５５及び５６が熱的接触を保つ状態で挿入されている。
【００４５】
以下、図４〜図８を参照しながら冷却ブロック４１，４２及び４３、各ヒートパイプ５１，５２，５３，５４，５５及び５６について説明する。
【００４６】
図６は図１に示した冷却ブロック及びこれに接続された熱伝導部材（ヒートパイプ）の概略的な基本構成を示す斜視図である。また、図７は図６に示した冷却ブロック内の構成の一例を概略的に示す斜視図である。特に、図６及び図７は図１に示した冷却ブロック４１と、この内部に挿入されたヒートパイプ５３及び５４を示している。更に、図８は、図１に示したヒートパイプの基本構成の一例を概略的に示す断面図である。
【００４７】
先ず、各ヒートパイプ５１，５２，５３，５４，５５及び５６の構成について説明する。なお、各ヒートパイプの形状及び構成は全て同様であるため、以下の説明においてはヒートパイプ５１について説明する。
【００４８】
各ヒートパイプ５１，５２，５３，５４，５５及び５６は、各冷却ブロック４１，４２及び４３と放熱板となるケースカバー４とを連結し、ケース２内における各固体撮像素子２１，２２及び２３の位置を固定するとともに各冷却ブロック４１，４２及び４３の熱をケースカバー４に向けて伝達する熱伝達機構を備える塑性変形可能な柱状の熱伝導部材である。
【００４９】
図４〜図８に示すように、ヒートパイプ５１は、例えば銅等を構成材料として形成された断面が略円形環状の管であるパイプ５７と、このパイプ５７の内部に封入される作動流体（例えば水）とから構成されている。この作動流体は液体５９とその蒸気５８が共存する状態で封入されている。そして、このヒートパイプ５１の熱伝達機構は、パイプ５７内に封入された作動流体の液体５９と蒸気５８との相変化に伴い生じるエンタルピーの差（潜熱）を利用して熱を効率的に一端から他端へ運ぶものである。
【００５０】
すなわち、ヒートパイプ５１は、パイプ５７の端部のうちの一方が冷却するべき部材（ここでは冷却ブロック４１）に熱的接触が可能な状態で接続され、もう一方が冷却するべき部材から汲み上げた熱を放出するための部材（ここでは、ケースカバー４）に熱的接触が可能な状態で接続される。ここで、図８に示すように、ヒートパイプ５１の端部のうち冷却するべき部材に接触される部分を蒸発部Ｒ１とし、蒸発部Ｒ１の反対側の他端の部分を凝縮部Ｒ３とする。また、ヒートパイプ５１の蒸発部Ｒ１と凝縮部Ｒ３との間のパイプ５７の領域は冷却効率を向上させるための断熱部Ｒ２となっている。
【００５１】
そして、図８に示すように、蒸発部Ｒ１では作動流体の気化が優先的に進行し、凝縮部Ｒ３では作動流体の液化が優先的に進行する。これにより、ヒートパイプ５１の蒸発部Ｒで気化した水が、蒸気流ＦＶとなり、この蒸気流ＦＶがヒートパイプ５１内の蒸気圧の差により断熱部Ｒ２を介して凝縮部Ｒ３へ伝達され、そこで液化することにより熱の移動が起こる。このように気化された蒸気流と液化による凝縮を利用した熱伝達により金属での熱伝達よりはるかに大きな熱量が輸送されることになる。
【００５２】
次に、各冷却ブロック４１，４２及び４３の構成について説明する。
【００５３】
冷却ブロック４１は、ペルチェ素子３１から放出される熱を吸収し、ヒートパイプ５１及び５２の蒸発部Ｒ１に放熱するためのものである。また、冷却ブロック４２は、ペルチェ素子３２から放出される熱を吸収し、ヒートパイプ５３及び５４の蒸発部Ｒ１に放熱するためのものである。更に、冷却ブロック４３は、ペルチェ素子３３から放出される熱を吸収し、ヒートパイプ５５及び５６の蒸発部Ｒ１に放熱するためのものである。以下、冷却ブロック４１を代表にして説明する。
【００５４】
図４に示すように、冷却ブロック４１は、略直方体状のブロックであり、そのうちの１つの平滑な面がペルチェ素子３１の裏面に密着される。また、図６及び図７に示すように、冷却ブロック４１には、ヒートパイプ５１及び５２を挿入するための２つの挿入孔４４及び４５が形成されている。
【００５５】
これらの挿入孔４４及び４５はそれぞれ、冷却ブロック４１のペルチェ素子３１の裏面に密着される面に垂直な１つの面からこの面に対向する面かけて貫通する略円柱状の空洞である。また、２つの挿入孔４４及び４５は互いに略並行となるように形成されている。更に、挿入孔４４及び４５が形成される冷却ブロック４１の互いに対向する１対の面は、ケースカバー４の互いに対向する側面パネルの内面にそれぞれ面している。
【００５６】
そして、図６及び図７に示すように、ヒートパイプ５１は、ケースカバー４の互いに対向する面の一方にその凝縮部Ｒ３の側を熱的な接触が可能となるように接続されており、その蒸発部Ｒ１の側を冷却ブロック４１に挿入されている。
【００５７】
ヒートパイプ５１の凝縮部Ｒ３とケースカバー４の側面パネルとは、固定部材６１により接続されている。この固定部材６１は、ケースカバー４の側面パネルに形成された溝（図示せず）内に配置され、ヒートパイプ５１の凝縮部Ｒ３の部分が挿入される嵌挿部を有している。そして、この嵌挿部はネジ７１によりヒートパイプ５１の凝縮部Ｒ３の部分を側面から締め付ける構造を有している。更に、このネジ７１はケースカバー４に形成された溝にはめ込まれる構造となっている。
【００５８】
一方、ヒートパイプ５２もその凝縮部Ｒ３の側をケースカバー４の互いに対向する側面パネルの内面のうちヒートパイプ５１の接続されていない他方の面にネジ７２を有する固定部材６２により熱的な接触が可能となるように接続され、蒸発部Ｒ１の側を冷却ブロック４１に挿入されている。
【００５９】
ここで、挿入孔４４及び４５の断面の大きさと形状は、挿入されるヒートパイプ５１及び５２と熱的な接触が可能となるように設定されており、好ましくは、これらの挿入孔とヒートパイプの断面の大きさと形状の関係がいわゆる穴と軸との「はめあい方式」における「しまりばめ」の状態となるように設定されている。
【００６０】
また、図６及び図７に示すように、冷却ブロック４１の挿入孔４４のうちケースカバー４に近い領域には、切りかき部が設けられている。この切りかき部は冷却ブロック４１のケースカバー４に近い領域の一部が削り取られて挿入孔４４の円柱状の空洞部の側面の一部が外部に開放されたものである。
【００６１】
これにより、ヒートパイプ５１が塑性変形する際に、挿入孔４４に挿入される蒸発部Ｒ１の側の部分のうちケースカバー４に近い領域の部分が冷却ブロック４１の外部に突出することが可能となる。そのため、ヒートパイプ５１及び５２の塑性変形の自由度がより大きくなる。その結果、固体撮像素子２１及びペルチェ素子３１を接続した色分解プリズム１０をケース２内に取り付ける際に固体撮像素子２１の取り付け位置精度を低下させることなくスムーズに取り付けることができる。
【００６２】
更に、色分解プリズム１０の取り付けの際に塑性変形したヒートパイプ５１及び５２は装置１の作動中においてその形状を保つのみで固体撮像素子２１に圧力をかけることはないので、固体撮像素子を安定に作動させることができる。
【００６３】
ここで、冷却ブロック４１の切りかき部を形成するために削り取られて挿入孔４４及び４５の一部が外部に開放される部分は、ペルチェ素子３１の裏面に密着される冷却ブロック４１の面と対向する側の部分であることが好ましい。
【００６４】
また、ヒートパイプ５１及び５２を上述の配置条件を満たすように配置することにより、固体撮像装置１をいかなる姿勢で作動させても固体撮像素子２１を常に効率よく冷却することができる。また、ヒートパイプ５１及び５２を上述の配置条件を満たすように配置すれば、ヒートパイプ５１及び５２の設置スペースを十分に小さくすることができる。
【００６５】
ここで、図４に示すように、冷却ブロック４２及び４３は、それぞれの形状が、冷却ブロック４２が断面５角形の角柱状のブロックであり、冷却ブロック４２が断面台形の角柱状のブロックであること以外は、上述の冷却ブロック４１と同様の構成を有しており、冷却ブロック４２及び４３にも、図６及び図７に示した挿入孔４４及び４５と同様の形状の挿入孔が同様の配置条件で形成されている。
【００６６】
図４に示す画像処理部７は、各固体撮像素子２１，２２及び２３から出力された電流信号を積分して電圧値に変換する積分回路（図示せず）を備えている。これにより、この固体撮像装置１では、入射光強度に応じた値の電流信号が各固体撮像素子２１，２２及び２３のそれぞれから出力され、この電流信号の積分値に応じた電圧値が積分回路から出力され、この電圧値に基づいて、入射光強度分布が得られ撮像される。
【００６７】
また、画像処理部７には、各固体撮像素子２１，２２及び２３に設けられた温度センサから送出される検出信号に基づいてこれらの作動温度を検知するとともに、検知した各固体撮像素子２１，２２及び２３の作動温度に基づいて、各ペルチェ素子３１，３２及び３３の出力を調節し、各固体撮像素子２１，２２及び２３を所定の温度に調節する制御部が備えられている。
【００６８】
更に、画像処理部７には、積分回路から出力された電圧値（アナログ値）をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路を更に設けてもよい。この場合には、入射光強度はデジタル値として得られ、さらにコンピュータ等により画像処理することが可能となる。
【００６９】
このように画像処理部により各ペルチェ素子及び各ヒートパイプを精密に制御して冷却を行うことにより、ケース２内の各部品の熱膨張、熱収縮による各固体撮像素子の取り付け位置精度の低下を十分に防止することができる。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７１】
例えば、上記実施形態においては、固体撮像素子と冷却ブロックとの間にペルチェ素子が配置される場合について説明したが、本発明の固体撮像装置は、これに限定されるものではなく、ペルチェ素子が配置されておらず固体撮像素子と冷却ブロックが直接接触する構成を有していてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、機械的ストレスのかからない状態で固体撮像素子を装置内に高い取り付け位置精度で取り付けることができる。そして、その高い取り付け位置精度を作動中において低下させることなく保持することができるとともに、固体撮像素子を所定の温度で安定に動作させることができる。そのため、良好な撮像画像を得ることができる。また、装置をコンパクトに構成にできしかも容易に組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の正面図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置の背面図である。
【図４】図１のII−II線に沿ってみた固体撮像装置の概略的な基本構成を示す断面図である。
【図５】図１に示したペルチェ素子の基本構成の一例を概略的に示す系統図である。
【図６】図１に示した冷却ブロック及びこれに接続された熱伝導部材（ヒートパイプ）の概略的な基本構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示した冷却ブロック内の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【図８】図１に示したヒートパイプの基本構成の一例を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・固体撮像装置、２・・・ケース、３・・・ケース本体、３ａ・・・前面パネル、３ｂ・・・背面パネル、３ｃ・・・底面パネル、４・・・ケースカバー、５・・・レンズアタッチメント部、６・・・カバーガラス、７・・・画像処理部、８・・・背面保護カバー、１０・・・色分解プリズム、１１，１２，１３・・・色成分光路、２１，２２，２３・・・固体撮像素子、３１，３２，３３・・・ペルチェ素子、３４・・・金属板、３５・・・ｎ型半導体、３６・・・ｐ型半導体、３７ａ，３７ｂ・・・金属板、３８・・・閉回路、３９・・・定電流電源、４１，４２，４３・・・冷却ブロック、４４，４５・・・挿入孔、５１，５２，５３，５４，５５，５６・・・ヒートパイプ、５７・・・パイプ、５８・・・蒸気、５９・・・液体、６１，６２・・・固定部材、７１，７２・・・ねじ、８１，８２・・・外枠部材、８３，８４・・・ねじ、Ｆ１０・・・色分解プリズムの受光面、Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３・・・色分解プリズムの光出射面、Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３・・・固体撮像素子の裏面、ＦＬ・・・液流、ＦＶ・・・蒸気流、Ｌ１０…入射光、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３・・・色成分光路、Ｈ２・・・開口部、Ｈ３ｂ・・・通気口、ｈ３，ｈ２１，ｈ４１・・・熱、Ｒ１・・・蒸発部、Ｒ２・・・断熱部、Ｒ３・・・凝縮部。

Claims

受光面を有しており、該受光面から入射する入射光を複数の色成分の光に分解するとともに前記各色成分の光ごとに設けられた光出射面から出射する色分解プリズムと、
前記各光出射面にそれぞれ隣接して配置されており、前記各光出射面から出射される前記各色成分の光を光電変換する複数の固体撮像素子と、
前記各固体撮像素子にそれぞれ隣接して配置されており、前記各固体撮像素子において発生する熱を吸収する複数の冷却ブロックと、
前記入射光を採光するための開口部が設けられており、前記色分解プリズム、前記各固体撮像素子及び前記各冷却ブロックを収容する略直方体のケースと、
一端が前記ケースの互いに対向する側面パネルの何れか一方に接続され、他端が前記各冷却ブロックの何れかに接続される複数の塑性変形可能なヒートパイプと、
を有しており、
前記各冷却ブロックのそれぞれに対して、一方の前記側面パネルからのびる前記ヒートパイプが少なくとも１本接続され、かつ、他方の前記側面パネルからのびる前記ヒートパイプが少なくとも１本接続されており、
前記各ヒートパイプは、それぞれが接続される前記側面パネルの法線方向に略平行に配置されており、
前記各冷却ブロックは、各ヒートパイプを接続するための挿入孔を有するとともに、前記各固体撮像素子が隣接して配置される面と対向する面において前記各ヒートパイプの前記一端側に切りかき部を有し、
前記切りかき部は、前記各ヒートパイプが前記挿入孔に挿入された際、前記切りかき部と前記各ヒートパイプとの間に隙間を生じるように形成されていること、
を特徴とする固体撮像装置。
前記ケースは、ケース本体と、前記ケース本体に脱着可能に装着されるケースカバーとから構成されており、
前記ケース本体は、前記開口部が設けられた前面パネルと、前記前面パネルに対向配置される背面パネルと、前記色分解プリズム及び前記各固体撮像素子を載置する底面パネルとを有しており、
前記ケースカバーは、２つの前記側面パネルと、前記底面パネルに対向配置される上面パネルと、前記各冷却ブロックと、前記各ヒートパイプとが一体化されて構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記各固体撮像素子と前記各冷却ブロックとの間にペルチェ素子が更に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。