JP3919550B2

JP3919550B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3919550B2
Application number: JP2002024415A
Authority: JP
Inventors: 浩幸松浦; 繁夫高橋
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2003230030A

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（CHARGE COUPLED DEVICE）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が重要となる。そのため、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し、所定の作動温度に保持するための冷却素子や放熱器等を有する冷却機構が設けられている。
【０００３】
近年、固体撮像装置は、画質の向上を目指して様々な機能が付加される一方で、更なる小型軽量化のニーズに応えるための検討も同時になされており、装置の体積当たりの発熱量が増加する傾向にある。そのため、搭載される冷却機構についてもより高い冷却性能とコンパクトな構成とが同時に要求されている。
【０００４】
固体撮像装置においては、その筐体（ハウジング）内の固体撮像素子が配置されている空間に装置外部から外気が流入すると、低温に保たれている固体撮像素子面に結露が発生し画質が低下する場合があるので、これを極力防止する観点から、上記の固体撮像素子が配置されている空間の気密性が高められている。
【０００５】
上述の要求に応えるため、例えば、この気密性を更に高めることにより装置のコンパクト性を保時したまま冷却効率を向上させる方法があるが、この場合、部品加工精度を上げる必要があり部品コストが高くなると共に、メンテナンス性がわるくなり、長期間にわたってこの気密性を保持することが困難となるなどの問題があり、この方法には限界があった。
【０００６】
そのため、例えば、特開２００１−２９１９８２号公報には、密閉構造を有する筐体の内部に外気を取り込むことのできる金属製風路を設けた自然空冷式電子機器が提案されている。この電子機器においては、装置の発熱部の配置された空間の気密性を保持したまま、発熱部と外気とを金属製風路の壁を介して熱交換させることにより、発熱部を冷却する構成を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開２００１−２９１９８２号公報に記載の電子機器は、自然空冷式のため、金属製風路内の空気流の速度が遅く十分な冷却効果を得ることができなかった。また、金属製風路を筐体の内部に設けるためのスペースが必要となり、装置のコンパクト化を容易に図ることができず、筐体の構造が複雑になりコスト高となる欠点があった。更に、電子機器は、設置位置における機器の姿勢によって得られる冷却効果に変動があり、機器をコンパクト化して特定の設置位置に固定せずに多様な姿勢で使用する場合に適用しにくいという問題があった。
【０００８】
また、筐体の外壁面に形成する放熱フィンの大きさを増大させて冷却効率を向上させる方法もあるが、放熱フィンの大きさの増大は装置のコンパクト化の観点から限界があった。
【０００９】
すなわち、多様な姿勢で使用しても安定かつ効率のよい固体撮像素子の冷却を行うことができ、同時にコンパクト化も容易に図ることができる構成を有する固体撮像装置はこれまで実現されていなかった。
【００１０】
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、多様な姿勢で使用しても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、容易にコンパクト化を図ることのできる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光を光電変換する固体撮像素子と、光を採光するための開口部が設けられており、固体撮像素子を収容するケースと、固体撮像素子とケースの内壁面との間に熱的接触を保つ状態で配置されており、固体撮像素子において発生する熱を吸収しケースに向けて伝達する熱伝導部材と、ケースの内壁面と外壁面との間の内部領域に形成されており、ケースの外部に存在する流体を吸入する吸入口と該流体をケースの外部に排出する排出口とを有し、ケースと流体との間で熱交換をさせることによりケースを冷却するための少なくとも一本の流体流路と、少なくとも一本の流体流路内の流体を吸入口から排出口に向けて移動させるための流体流を発生させるファンと、を備え、ケースは、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た背面パネルと、を有し、吸入口は、前面パネル側に設けられており、排出口は、背面パネル側に設けられていることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
【００１２】
この固体撮像装置によれば、流体流路はケースの内部を利用して形成されるため、冷却媒体となる空気などの外部の流体が固体撮像素子を格納した空間に流入することはなく、その空間の気密性を充分に保つことができ固体撮像素子における結露の発生を充分に防止することができる。また、吸入口と排出口はケースの任意の位置に任意の数で形成することができ、両者を結ぶ流路もケース内であれば任意の断面の大きさと長さで形成することができる。然も、ファンを使用して流体流路内に流体流を強制的に発生させることができ、ケースと流体と間の熱交換を高い変換効率で確実に行うことができる。
【００１３】
従って、本発明の固体撮像装置は、多様な姿勢で使用しても常にケースを安定かつ効率よく冷却することができ、ひいては固体撮像素子を安定かつ効率よく冷却することができる。そのため、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。
【００１４】
また、本発明の固体撮像装置においては、流体流路をケースの内部に形成するため、流体流路を設けるためのスペースを装置内に設ける必要はなく、既存のものと同様の外形と大きさを有するケースを使用することができる。これに加えてファンはコンパクト化が比較的容易である。そのため、本発明の固体撮像装置は、容易にコンパクトに図ることができる。更に、流体流路をケースの内部に形成することは装置の軽量化にも寄与する。また、流体流路をケースの内部に形成することは技術的に比較的容易であるため、製造コストを比較的低く抑えることもできる。
【００１５】
なお、本発明において、固体撮像素子を収容する「ケース」とは、少なくとも流体流路の形成される部分が熱伝導部材と熱的に接触しており、かつその部分が外部の流体と熱交換可能な熱伝導性を有しているものを示す。
【００１７】
更に、本発明の固体撮像装置においては、ファンは前記少なくとも一本の流体流路の排出口の近傍に配置されていることを特徴としていてもよい。ファンを排出口の近傍に配置することにより、そのパワーを無駄無く利用して流体流路内に流体流を効率よく発生させることができる。
ここで、「ファンを排出口の近傍に配置すること」とは、ファンを排出口の近傍の流体流路内部に配設すること、排出口の外部側から排出口に直接接続すること、又は、排出口の外部に後述のマニホールド等の接続部材を用いて配置することを示す。なお、このようにファンを配置しかつ複数の流体流路を設けている場合、ファンの設置台数を最小限にする観点と、ファンの大きさを流体流路の断面の大きさに合わせる必要がないという利点から、ファンは排出口の外部に後述のマニホールド等の接続部材を用いて配置することが好ましい。
【００１８】
すなわち、本発明の固体撮像装置においては、ファンが接続されており外部に開放された第１の接続口と、前記少なくとも一本の流体流路の排出口毎に設けられており排出口に接続される第２の接続口と、を有する内部通路が形成され、ケース内を固体撮像素子及び熱伝導部材が配置された前面パネル側の第１領域と背面パネル側の第２領域とに２分する仕切りパネルである電気分解セルと背面パネルとによって画成されたマニホールド部が更に設けられており、排出口から排出される流体はマニホールド部の内部通路を介して外部に排出されることが好ましい。
【００１９】
このような構成とすることによりファンの設置台数を最小限にすることができる。ここで、マニホールド部は装置のコンパクト化に支障がでない程度にコンパクトに構成することが容易にできる。
【００２０】
また、本発明の固体撮像装置においては、ファンは前記少なくとも一本の流体流路の吸入口の近傍に配置されていることを特徴としていてもよい。上述したファンを排出口の近傍に配置する場合と同様に、ファンを吸入口の近傍に配置することによっても、そのパワーを無駄無く利用して流体流路内に流体流を効率よく発生させることができる。
ここで、「ファンを吸入口の近傍に配置すること」とは、ファンを吸入口の近傍の流体流路内部に配設すること、吸入口の外部側から吸入口に直接接続すること、又は、吸入口の外部に後述のマニホールド等の接続部材を用いて配置することを示す。なお、このようにファンを配置しかつ複数の流体流路を設けている場合、ファンの設置台数を最小限にする観点と、ファンの大きさを流体流路の断面の大きさに合わせる必要がないという利点から、ファンは吸入口の外部に後述のマニホールド等の接続部材を用いて配置することが好ましい。
【００２１】
すなわち、本発明の固体撮像装置においては、ファンが接続されており外部に開放された第１の接続口と、前記少なくとも一本の流体流路の吸入口毎に設けられており吸入口に接続される第２の接続口と、を有する内部通路が形成されたマニホールド部が更に設けられており、吸入口から吸入される流体はマニホールド部の内部通路を介して前記少なくとも一本の流体流路内に流入させられることが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることによりファンの設置台数を最小限にすることができる。ここで、マニホールド部は装置のコンパクト化に支障がでない程度にコンパクトに構成することが容易にできる。
【００２３】
更に、本発明の固体撮像装置においては、ケースは、略直方体状の形状を有しており、前面パネルと、背面パネルと、各固体撮像素子を載置する底面パネルと、底面パネルに対向配置される上面パネルと、互いに対向する２つの側面パネルとから構成されており、前面パネルと背面パネルとの間には、ケース内を前面パネル側の第１領域と背面パネル側の第２領域とに２分する仕切りパネルが配置され、第２領域を内部通路とするマニホールド部が画成されており、第１領域には、固体撮像素子と熱伝導部材とが配置されており、側面パネルの少なくとも一方には、前面パネル側から背面パネル側に向けてのびる流体流路が少なくとも１本形成されており、流体流路の吸入口は、側面パネルの前面パネル側の外壁面に設けられており、流体流路の排出口は、側面パネルの第２領域側の内壁面に設けられており、背面パネルには、マニホールド部の第１の接続口が設けられており、該第１の接続口の第２領域側にはファンが配置されていることを特徴としていてもよい。
【００２４】
このように、ケースの形状を略直方体とすることにより、構成部品をケースの内部に効率よく配置することができ、装置の取り扱い性が向上し、未使用時に所定の場所に格納しておく際の格納スペースを無駄の少ない状態で有効に利用しやすくすることができる。また、ケース４つのパネルから構成することにより、流体流路の形成を含めたケースの製造が容易となるとともに装置のコンパクト化をより容易に図ることができる。
【００２５】
更に、仕切りパネルを使用してケース内を第１領域と第２領域の２つの領域に分割することにより、固体撮像素子の配置される第1領域の気密性を所定の水準に保ちながら、より容易に第２領域の側にマニホールド部を形成することができる。また、流体流路を側面パネルの少なくとも一方に第１領域の側から第２領域の側にむけて向けてのびるように設けることにより、ケースの第1領域を画成する内壁を介して固体撮像素子と熱交換した流体を迅速にマニホールド部に移動させて排出させることができるとともに、流体流路内を移動する流体の冷却をケース全体の外壁を効率のよい状態で利用して行うことができる。
【００２６】
また、上述のように側面パネルに流体流路を設ける場合、上面パネルには、前面パネル側から背面パネル側に向けてのびる流体流路が少なくとも１本形成されており、流体流路の吸入口は、上面パネルの前面パネル側の外壁面に設けられており、流体流路の排出口は、側面パネルの第２領域側の内壁面に設けられていることが好ましい。これにより、ケースの第1領域を画成する内壁を介して固体撮像素子と熱交換した流体の冷却をケース全体の外壁をより効率のよい状態で利用して行うことができる。
【００２７】
更に、本発明の固体撮像装置においては、ケースは、ケース本体と該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、前面パネルと、背面パネルと、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。
【００２８】
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、固体撮像素子等の装置を構成する部品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。特に、後述のように複数の固体撮像素子が装着された色分解プリズムを搭載する場合に、各固体撮像素子への機械的ストレスを十分に低減しつつ、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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、本発明の固体撮像装置は、ケースの開口部から採光した光を受光する受光面を有しており、該受光面から入射する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が更に備えられており、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ための固体撮像素子が各光出射面毎に設けられていることを特徴としていてもよい。これにより、カラーの良好な画像を得ることができる。この場合、熱伝導部材も固体撮像素子毎に設けられていることが好ましい。
【００３１】
更に、本発明の固体撮像装置は、冷却素子が固体撮像素子と熱伝導部材との間に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、冷却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。
【００３２】
この場合、冷却素子がペルチェ素子であることが好ましい。冷却素子としてペルチェ素子を使用することにより、固体撮像素子を外部環境温度以下の所定温度に冷却することを効率よくかつ迅速に行うことが容易にできる。また、ペルチェ素子は軽量でコンパクトに構成でき、設置スペースが小さくてすむため、固体撮像装置も軽量でコンパクトに構成することができる。
【００３３】
また、本発明の固体撮像装置は、ケース内の水蒸気の電気化学的な酸化分解反応を進行させる電気分解セルと、冷却素子の出力を制御して固体撮像素子の作動温度を外部環境温度以下の所定温度に調節し、かつ、ケース内の水蒸気圧が作動温度における飽和水蒸気圧以下の所定値となる条件を満たすように、固体撮像素子、冷却素子及び電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御する制御装置と、を有することを特徴としていてもよい。
【００３４】
冷却素子を用いて固体撮像素子の作動温度を外部環境温度以下の所定温度として作動させる場合、固体撮像素子における結露は、固体撮像装置を起動させるときと停止させるときにおいて特に発生し易くなるが、固体撮像素子、冷却素子及び電気分解セルのそれぞれの起動と停止のタイミングをずらしてケース内の水蒸気分圧が上述の条件を満たすように調節することにより、結露の発生を防止し良好な撮像画像を得ることができる。
【００３５】
ここで、「外部環境温度」とは、固体撮像素子と冷却素子とを少なくとも収容するケースの外部環境の温度を示す。
【００３６】
なお、本発明においては、固体撮像装置における暗電流の増加を十分に抑制する観点から、固体撮像装置の作動温度は、外部環境温度未満の所定値に設定することが好ましく、外部環境温度よりも２０℃以上低い温度となるように調節することがより好ましい。より具体的には、固体撮像装置の作動温度は０℃以下に設定することが好ましい。
【００３７】
また、本発明においては、結露の発生を十分に防止する観点から、ケース内の水蒸気圧は、上述の作動温度における飽和水蒸気圧未満の所定値に設定することが好ましく、上述の作動温度での相対湿度（百分率表示）に換算した場合に１０％以下となるように調節することがより好ましく、５％以下となるように調節することが更に好ましい。
【００３８】
なお、上述の場合、制御装置は、起動時において、冷却素子よりも固体撮像素子及び電気分解セルを先に起動させ、次いで前記条件が満たされる所定時間経過後に冷却素子を起動させることが好ましい。このように、固体撮像素子及び電気分解セルの起動のタイミングに対して冷却素子の起動のタイミングを遅らせることにより、結露の発生をより確実に防止することができる。この場合、固体撮像素子と電気分解セルとのそれぞれの起動のタイミングは同時でもよく、何れか一方を先に起動させてもよい。
【００３９】
また、上述の場合、制御装置は、停止時において、電気分解セルよりも固体撮像素子及び冷却素子を先に停止させ、次いで前記条件が満たされる所定時間経過後に電気分解セルを停止させることが好ましい。
【００４０】
このように、固体撮像素子及び冷却素子の停止のタイミングに対して電気分解セルの停止のタイミングを遅らせることにより、結露の発生をより確実に防止することができ、再び固体撮像装置を起動させる際に速やかに起動させることができる。この場合、固体撮像素子及び冷却素子とのそれぞれの停止のタイミングは同時でもよく、何れか一方を先に停止させてもよいが、固体撮像素子よりも冷却素子を先に停止させることが好ましい。
【００４１】
更に、本発明の固体撮像装置においては、ケース内の前記水蒸気圧を検知する湿度センサが更に設けられており、制御装置は、湿度センサにより検知される水蒸気圧に基づいて、固体撮像素子、冷却素子及び電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御してもよい。湿度センサを用いることにより、結露の発生を更に確実に防止することができる。
【００４２】
なお、固体撮像素子及び電気分解セルの起動から冷却素子の起動までの時間や、固体撮像素子及び冷却素子の停止から電気分解セルの停止までの時間の最適値を予め実験データなどにより把握しておき、湿度センサのかわりにタイマー等を接続し、固体撮像素子及び電気分解セルの起動に対する冷却素子の起動や、固体撮像素子及び冷却素子に対する電気分解セルの停止が自動的に行われる設定としてもよい。
【００４３】
また、本発明の固体撮像装置においては、固体撮像素子の温度を検知する温度センサが更に設けられており、制御装置は、温度センサにより検知される固体撮像素子の温度に基づいて、固体撮像素子、冷却素子及び電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御するとともに、起動後の冷却素子の出力を制御してもよい。
【００４４】
これにより作動中の固体撮像素子の温度の変動を低減することができる。また、固体撮像装置を停止させる場合に、先に固体撮像素子及び冷却素子を停止させ、次いで電気分解セルを停止させる際に、固体撮像素子及び冷却素子を停止してから、温度センサにより固体撮像素子の温度をモニタしておき、固体撮像素子の温度が十分に上昇した後に電気分解セルを停止させれば、結露の発生をより有効に防止できる。
【００４５】
更に、本発明の固体撮像装置においては、電気分解セルは、ガス拡散電極であるアノードと、ガス拡散電極であるカソードと、アノードとカソードとの間に配置された高分子電解質膜と、アノードとカソードとの間に所定の電圧を印加する電圧印加部と、を有していることを特徴としていてもよい。
【００４６】
このように、いわゆる高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）等に使用されるガス拡散電極に外部電源となる電圧印加部を接続した構成を有する電気分解セルは、小型軽量化が容易であるため固体撮像装置をコンパクトに構成することができる。また、この構成を有する電気分解セルは、エネルギー効率が高く、非常に低い温度（例えば、−２０℃）でも、極めて迅速に水蒸気を酸化分解し所望の湿度（例えば、作動温度における相対湿度が５％以下）にまで容易に除湿することができる。
【００４７】
なお、この場合、ケース中の水蒸気を効率よく酸化分解する観点から、ケースに設けられる電気分解セルは、アノードの高分子電解質膜に接していない側の面がケースの内部に向くように配置され、カソードの高分子電解質膜に接していない側の面がケース外部に露出されるように配置されていることが好ましい。
【００４８】
また、仕切りパネルを設ける場合、仕切りパネルが電気分解セルであることが好ましい。ここで、電気分解セルを仕切りパネルとして配置する場合、アノードの側の面が第1領域の側に露出するように配置し、カソードの側の面が第２領域の側に露出するように配置する。このように、電気分解セルを仕切りパネルとして配置することにより、電気分解セルと仕切りパネルの設置スペースや電気分解セルからの分解生成物を外部に排出するための配管を別途設け必要がなく装置構成をシンプルにでき、ひいては装置のコンパクト化を容易に図ることができると共に製造コストを低減することができるようになる。
【００４９】
また、このような構成とすることにより、電気分解セルにより第１領域の気密性を所定の水準に保持すると同時に第１領域の気水蒸気分圧を所定の水準に保持できる。すなわち、電気分解セルのアノードにおいて第１領域に存在する水蒸気成分を後述の式（１）で示す反応により瞬時に分解除去し、電気分解セルのカソードにおいて後述の式（２）又は（３）で示す反応により生成する水蒸気又は水素を第２領域に排出し、外部流体と共にファンにより装置外部に瞬時に排出することができるため、電気分解セルを作動させておけば結露の発生を効果的に防止できるので、第１領域の気密性について非常に高い水準を要求しなくてもすむことになる。
【００５０】
なお、このように電気分解セルそのものを仕切るパネルとして使用してもよいが、仕切りパネルの一部として電気分解セルを搭載してもよい。
【００５１】
【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。
【００５２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の固体撮像装置の第１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２のIV−IV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は、図２のV−V線に沿ってみた固体撮像装置の流体流路の排出口付近の部分の概略的な構成を示す断面図である。図６は、図１に示した固体撮像装置を作動させた場合に流体流路内に発生する流体流を概略的に説明するための分解斜視図である。
【００５３】
本実施形態の固体撮像装置１は図１〜図６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、各固体撮像素子から送出される電気信号を処理する画像処理部７と、上記の撮像のための各部品を収容するケース２と、ケース２を先に述べた第１領域と第２領域に２分する仕切りパネルとなる電気分解セル８と、ファン９０とから構成されている。
【００５４】
なお、この固体撮像装置１においては、冷却ブロック４１，４２，４３のそれぞれには、一端をこれら各冷却ブロック毎に接続され、他端をケースカバー４の内壁面に接続された各熱伝導パイプ（図示せず）が設けられており、これらの冷却ブロック４１，４２，４３と各熱伝導パイプとにより先に述べた熱伝導部材を構成している。また、画像処理部７も図示しないケース内に格納されている。
【００５５】
更に、図４に示すように、仕切りパネルとなる電気分解セル８と、画像処理部７のケースと、底面パネル３ｃにより、ケース２の内部は先に述べた気密性の高い第１領域と、第２領域に分割されている。そして、電気分解セル８と、背面パネル３ｂと、側面パネルと、底面パネル３ｃとにより先に述べたマニホールド部が画成されており、第２領域はマニホールド部の内部通路となる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、これら各冷却ブロックを支持する各熱伝導パイプ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。
【００５９】
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放熱フィンが所定の間隔でストライプ状に形成されている。このように放熱フィン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。
【００６０】
また、図１〜図６に示すように、このケースカバー４の各側面パネルの内壁面と外壁面との間の内部領域には、断面が略長方形状の流体流路１０１及び１０２が形成されている。この流体流路１０１及び１０２は、ケース２の外部に存在する空気などの流体とケース２との熱交換を利用してケース２を冷却するためのものである。
【００６１】
図１及び図２に示すように、ケース２の外部に存在する流体を吸入するための流体流路１０１の吸入口Ｈ１０１は、側面パネルの前面パネル３ａ側の側面に形成されている。同様に、流体流路１０２の吸入口Ｈ１０２も側面パネルの前面パネル３ａ側の側面に形成されている。また、流体流路１０１及び流体流路１０２は、側面パネルの内部領域を前面パネル３ａの側から背面パネルの側にかけて前面パネル３ａの法線方向に略平行となる方向にのびるようにして形成されている。
【００６２】
そして流体流路１０１は、図５に示すように、マニホールド部を画成している側面パネルの部分で第２領域の内部に向けて略Ｌ字型に屈曲させられており、第２領域（マニホールド部の内部通路）に接する側面パネルの内壁面に流体を第２領域に排出するための排出口Ｈ１０１Ａが形成されている。同様に、流体流路１０２も、マニホールド部を画成している側面パネルの部分で第２領域の内部に向けて略Ｌ字型に屈曲させられており、第２領域に接する側面パネルの内壁面に流体を第２領域に排出するための排出口Ｈ１０２Ａが形成されている。
【００６３】
また、図３〜図６に示すように、マニホールド部を画成する背面パネル３ｂの第２領域側には、ファン９０がその吸入側の面を第２領域の側に向けると共にその排出側の面を該背面パネル３ｂの側に向けるようにして配置されている。そして、ファン９０の排出側の面の接触する背面パネル３ｂの部分には、第２領域から外部にかけて該背面パネル３ｂを貫通する排出孔Ｈ１００が形成されている。更に、フアン９０は、画像処理部７の中央制御装置７１（図９参照）に電気的に接続されている。
【００６４】
フアン９０を作動させる場合について図６を用いて流体流路１０１を例に説明すると、フアン９０を作動させることにより、流体流路１０１内に流体流ｆ１０１が発生し、固体撮像装置１外部の流体が吸入口Ｈ１０１から流体流路１０１内に強制的に導入され、ケース２と熱交換してケース２を冷却しながら排気口Ｈ１０１Ａに向けて移動させられる。そして、排気口Ｈ１０１Ａから第２領域に排出される流体は、排気口Ｈ１０２Ａから第２領域に排出される流体と、電気分解セル８から排出される水、水素等の反応生成物と共にフアン９０に吸引され、背面パネル３ｂの排出孔Ｈ１００から外部に排出される。また、フアン９０を作動させる場合についての流体流路１０２における流体の流れも上記と同様である。
【００６５】
また、流体流路１０１及び１０２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。すなわち、流体流路１０１及び１０２の吸入口Ｈ１０１及びＨ１０２の面の法線方向と、前面パネル３ａの法線方向とが略平行となるようにして、図２に示す位置に吸入口Ｈ１０１及びＨ１０２を設けることにより、固体撮像装置１がいかなる姿勢で使用されていても、被写体に向けられる前面パネル３ａの開口部Ｈ２の面と同じ方向を向く吸入口Ｈ１０１及びＨ１０２はふさがれることはなく常に外部の流体を吸入することができるからである。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
背面パネル３ｂには、後述する電気分解セル８から排出される水蒸気及び水素などのガスをケース２外部に排出するための排出孔Ｈ１００が設けられている。また、ケース２の背面パネル３ｂの内部には、ケース２内の水蒸気の電気化学的な酸化分解反応を進行させる電気分解セル８が配置されている。
【００７０】
以下、電気分解セル８について説明する。図７は、図１に示した固体撮像装置に備えられる電気分解セルの基本構成の一例を概略的に示す断面図である。
【００７１】
図７に示すように、電気分解セル８は、ガス拡散電極であるアノード８１と、ガス拡散電極であるカソード８２と、アノード８１とカソード８２との間に配置された高分子電解質膜８３と、アノード８１とカソード８２との間に所定の電圧を印加する電圧印加部８４と、を有している
【００７２】
そして、電気分解セル８は、アノード８１の高分子電解質膜８３に接していない側の面Ｆ８１がケース２の内部に向くように配置され、カソード８２の高分子電解質膜８３に接していない側の面Ｆ８２が第２領域の側に露出されるように配置されている。
【００７３】
高分子電解質膜８３は、湿潤状態下で良好なイオン伝導性を示すイオン交換膜であれば特に限定されない。高分子電解質膜を構成する固体高分子材料としては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体（以下、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体という）、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。中でも、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体が好ましい。
【００７４】
アノード８１及びカソード８２は、ガス拡散電極であればよくその構成は特に限定されない。例えば、アノード８１及びカソード８２は、何れもガス拡散層と、これらのガス拡散層上に形成された触媒層とを有する構成としてもよい。ガス拡散層の構成材料としては、例えば、電子伝導性を有する多孔質体（例えば、カーボンクロスやカーボンペーパー）が使用される。また、触媒層は、主として含フッ素イオン交換樹脂とこの含フッ素イオン交換樹脂により被覆された触媒の凝集体とが含有された構成を有していてよい。この場合、使用される触媒（カーボンに金属が担持された触媒）は特に限定されるものではないが、カーボンに担持される金属としては白金等の白金族金属又はその合金等が好ましい。そして、担体となるカーボンは特に限定されない。
【００７５】
更に、触媒層に含まれるオン交換樹脂は、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体であることが好ましい。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体は、触媒層内において長期間化学的に安定でかつ速やかなプロトン伝導を可能にする。そして、このアノード８１及びカソード８２に含有されるイオン交換樹脂は、高分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂と同じ樹脂からなっていてもよく、異なる樹脂からなっていてもよい。
【００７６】
電圧印加部８４には、電源（図示せず）と、電源からアノード８１とカソード８２との間に供給される印加電圧を制御する電圧制御回路（図示せず）が備えられている。また、電圧印加部８４は画像処理部７の中央制御装置７１（図９参照）に電気的に接続されている。
【００７７】
この電気分解セル８の場合、電圧印加部８４からアノード８１とカソード８２との間に印加される印加電圧を調節することにより、アノードにおいて下記式（１）に示す水の酸化反応を進行させ、カソードにおいて下記式（２）に示す水素イオンと酸素との還元反応を進行させる。
２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋＋４ｅ^- …（１）
４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ …（２）
【００７８】
なお、印加電圧を調節することにより、カソードにおいて下記式（３）に示す水素イオンの還元反応を進行させてもよいが、消費電力のより少ない条件で電気分解セル８を作動させる観点から、カソードにおいては式（２）に示す反応を進行させることが好ましい。
２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ …（３）
【００７９】
上述の式（１）及び式（２）で表される電極反応を進行させるために電圧印加部８４によりに印加する印加電圧の大きさは、例えば、アノード８１とカソード８２との電極反応の酸化還元電位等の熱力学的データにそれぞれの電極反応の過電圧等のほかに、アノード８１とカソード８２の構成材料、高分子電解質膜８３の構成材料とその含水率、使用環境の温度や湿度などを考慮し、理論的或いは実験的により適宜決定される。
【００８０】
この電気分解セル８は、電気分解セル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、電気分解セル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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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に密着する状態で接着されている。
【００８６】
また、図４に示すように、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９１，９２及び９３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の中央制御装置７１（図９参照）に電気的に接続されている。更に、図４に示すように、ケース２の第１領域内には、ケース２内の水蒸気圧（或いは相対湿度）を検知するための湿度センサ９が接続されており、更にこの湿度センサ９も画像処理部７の中央制御装置７１に電気的に接続されている。
【００８７】
また、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、冷却素子としてのペルチェ素子３１，３２及び３３がそれぞれ隣接して配置されている。なお、各固体撮像素子２１と，２２及び２３と各ペルチェ素子３１，３２及び３３との間に、ゴムブロック（図示せず）をそれぞれ配置し、更に、各固体撮像素子２１と，２２及び２３と各ゴムブロックとの間に、例えば銅などの金属板（図示せず）を更にそれぞれ配置してもよい。この場合、各ゴムブロックと各ペルチェ素子３１，３２及び３３とは、両者の間の接触面に例えばグリースを塗布して固定してもよい。また、各ゴムブロックと各金属板とは、両者の間の接触面に例えばグリースを塗布して固定してもよい。
【００８８】
図８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８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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。すなわち、ペルチェ素子３１，３２及び３３は、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。
【００９１】
また、各ペルチェ素子３１，３２及び３３は、画像処理部７の中央制御部（図９参照）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。
【００９２】
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。なお、各ペルチェ素子３１，３２及び３３と各冷却ブロック４１，４２及び４３との間には、図示しない熱伝導性両面テープがそれぞれ配置されており、これらにより、各ペルチェ素子３１，３２及び３３と各冷却ブロック４１，４２及び４３とがそれぞれ固定されている。
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熱伝導パイプ（図示せず）が接続されている。そして、熱伝導パイプは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、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。
【００９３】
更に、冷却ブロック４２内部にも塑性変形可能な熱伝導パイプ（図示せず）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内部にも熱伝導パイプ（図示せず）が熱的接触を保つ状態で挿入されている。
【００９４】
ここで、「塑性変形可能な熱伝導パイプ」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部材であり、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ものを示す。
【００９５】
以下、図４を参照しながら冷却ブロック４１，４２及び４３、各熱伝導パイプについて説明する。先ず、各熱伝導パイプの構成について説明する。各熱伝導パイプは、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部材である。
【００９６】
このような熱伝導パイプとしては、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と、このパイプの内部に封入される作動流体（例えば水）とから構成されたいわゆるヒートパイプでもよく、銅等の金属パイプ或いは金属棒であってもよい。
【００９７】
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。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、熱伝導パイプ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、熱伝導パイプ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、熱伝導パイプ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。
【００９８】
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、冷却ブロック４１には、熱伝導パイプを挿入するための挿入孔（図示せず）が形成されている。
【００９９】
これらの挿入孔は、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、挿入孔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壁面にそれぞれ面している。
【０１００】
そして、熱伝導パイプは、ケースカバー４の互いに対向する面の少なくとも一方にその一端を熱的な接触が可能となるように接続されており、他端を冷却ブロック４１に挿入されている。熱伝導パイプとケースカバー４の側面パネルとは、例えば、ねじなどの定部材（図示せず）などにより接続されている。
【０１０１】
ここで、挿入孔の断面の大きさと形状は、挿入される熱伝導パイプ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、これらの挿入孔と熱伝導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。
【０１０２】
熱伝導パイプは塑性変形することができるので、色分解プリズム１０の取り付けの際に塑性変形した熱伝導パイプは装置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。
【０１０３】
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いる。また、冷却ブロック４２及び４３にも、先に述べた挿入孔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。
【０１０４】
図４に示す画像処理部７は、温度センサ９１，９２及び９３から送出される検出信号と、湿度センサ９から送出される検出信号とに基づいて各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、電気分解セル８の出力を制御する中央制御装置７１（図９参照）を備えている。また、この中央制御装置７１は、フアン９０の起動と停止についても上述の温度センサ９１，９２及び９３、湿度センサ９、各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３及び電気分解セル８とは独立に制御する。
【０１０５】
また、図４に示す画像処理部７には、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）が設けられている。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。
【０１０６】
更に、画像処理部７には、固体撮像装置１の主電源（図示せず）をＯＦＦにしても、結露の発生を防止するための後述する停止の動作を行うための二次電池等のバックアップ電源が備えられている。この２次電池は固体撮像装置１の作動中に充電され、固体撮像装置１の停止時に放電する充放電切換え手段（図示せず）が接続されており、この充放電切換え手段は中央制御装置７１により制御される構成となっている。
【０１０７】
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。
【０１０８】
中央制御装置７１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及び、ＲＡＭ（何れも図示せず）を有する。ＣＰＵは、マイクロプロセッサ等からなり、各種演算処理を行う。また、ＲＯＭには、制御・演算処理のためのプログラムが予め記憶されており、ＲＡＭは、制御・演算処理の際に各種データを読み書きするために用いられる。
【０１０９】
また、中央制御装置７１は、例えば、ＣＰＵと接続された入出力ポート（図示せず）を有する。この入出力ポートには、上記各固体撮像素子２１，２２及び２３が接続されている。
【０１１０】
また、入出力ポートには電気分解セル８が電気分解セル８の印加電圧を制御する制御回路を介して接続されている。更に、入出力ポートには各ペルチェ素子３１，３２及び３３がこれらのペルチェ素子に流す電流を制御する制御回路を介して接続されている。従って、各固体撮像素子２１，２２及び２３、電気分解セル８、各ペルチェ素子３１，３２及び３３には、入出力ポートを介して、ＣＰＵの演算処理によって生成された各種信号等が与えられる。
【０１１１】
更に、中央制御装置７１の入出力ポートには、各固体撮像素子２１，２２及び２３に設けられた温度センサ９１，９２及び９３と、ケース２内に設けられた湿度センサ９とが例えばＡ／Ｄ変換回路を介して接続されている。そして、これらの温度センサ及び湿度センサによって発せられる検出信号がＣＰＵに与えられる。
【０１１２】
また、中央制御装置７１は記憶装置（図示せず）を有し、この記憶装置は、入出力ポートを介してＣＰＵと接続されている。そして、ＣＰＵは、この記憶装置にアクセスし、記憶装置に格納された以下に示すようなデータを必要に応じて用いることにより固体撮像装置１の作動を制御する。
【０１１３】
この記憶装置には、ケース２内の水蒸気圧に対して、各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、並びに、電気分解セル８の起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御するためのデータが記憶されている。また、記憶装置には、各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、並びに、電気分解セル８が全て起動した後に、これらを全て定常的に作動させるためのデータが記憶されている。
【０１１４】
すなわち、記憶装置には、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１が各固体撮像素子２１，２２及び２３の作動温度における飽和水蒸気圧以下（好ましくは飽和水蒸気圧未満）の所定値Ｘ０となる条件を満たすように、起動時において、各ペルチェ素子３１，３２及び３３よりも、各固体撮像素子２１，２２及び２３並びに電気分解セル８を先に起動させ、次いで上述の条件が満たされる所定時間経過後に各ペルチェ素子３１，３２及び３３を起動させるためのデータが記憶されている。
【０１１５】
また、記憶装置には、停止時において、電気分解セル８よりも各固体撮像素子２１，２２及び２３及び各ペルチェ素子３１，３２及び３３を先に停止させ、次いで上述の条件が満たされる所定時間経過後に電気分解セル８を停止させるためのデータが記憶されている。
【０１１６】
更に、記憶装置には、各ペルチェ素子３１，３２及び３３の出力を制御して各固体撮像素子２１，２２及び２３の作動温度を外部環境温度以下（好ましくは外部環境温度未満）の所定温度に調節するためのデータが記憶されている。
【０１１７】
また、中央制御装置７１はタイマー（図示せず）を有し、このタイマーは、入出力ポートを介してＣＰＵと接続されている。
【０１１８】
そして、ＣＰＵは、各温度センサ９１，９２及び９３の温度検出信号並びに湿度センサ９の湿度検出信号に基づいて、各固体撮像素子２１，２２及び２３、電気分解セル８、並びに、各ペルチェ素子３１，３２及び３３に送出する制御信号を生成する。
【０１１９】
このように構成された中央制御装置７１等により、電気分解セル８、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、並びに、各固体撮像素子２１，２２及び２３は、ケース２内において結露の発生が起きないように確実かつ精度よく制御される。
【０１２０】
次に、固体撮像装置１の動作について、図１０及び図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【０１２１】
先ず、固体撮像装置１の主電源（図示せず）をＯＮにして画像処理部７を作動させ、固体撮像装置１を起動させる場合について説明する。この場合、中央制御装置７１のＣＰＵは各固体撮像素子２１，２２及び２３に駆動信号を出力するとともに、電気分解セル８に駆動信号を出力する（Ｓ１）。また、このステップＳ１で、中央制御装置７１のＣＰＵはファン９０にも駆動信号を送出する。なお、この場合、各固体撮像素子２１，２２及び２３並びに電気分解セル８への駆動信号の出力のタイミングは同時でも異なっていてもよい。更に、ファン９０への駆動信号の出力のタイミングも、各固体撮像素子又は電気分解セル８に対して同時でも異なっていてもよい。
【０１２２】
次に、ＣＰＵは、湿度センサ９から送信されるケース２内における水蒸気圧Ｘ１の検出信号を入力する（Ｓ２）。そして、この水蒸気圧Ｘ１のデータと、予め設定しておいた各固体撮像素子２１，２２及び２３の作動温度における飽和水蒸気圧以下の所定値Ｘ０とをそれぞれ比較する（Ｓ３）。なお、所定値Ｘ０は、各固体撮像素子２１，２２及び２３の作動温度における飽和水蒸気圧以下であればよく特に限定されないが、例えば、作動温度が０℃のときには、所定値Ｘ０は、６１Ｐａ以下（相対湿度で表現した場合には１０％以下）であることが好ましい。
【０１２３】
ここで、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１が上述の所定値Ｘ０よりも大きい場合には、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１がまだ十分に低減せず、各ペルチェ素子３１，３２及び３３を作動させると結露が発生する恐れがあると判断されて、各ペルチェ素子３１，３２及び３３を起動させず、電気分解セル８並びに各ペルチェ素子３１，３２及び３３が作動する状態がそのまま維持され、再びステップＳ２とステップＳ３が繰り返される。
【０１２４】
一方、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１が上述の所定値Ｘ０以下となる場合には、各ペルチェ素子３１，３２及び３３を作動させても結露が発生する恐れがないと判断されて、ＣＰＵは、各ペルチェ素子３１，３２及び３３に駆動信号を送出する（Ｓ４）。その結果、各ペルチェ素子３１，３２及び３３により、各固体撮像素子２１，２２及び２３が冷却され、次第に所望の作動温度に調節される。
【０１２５】
各固体撮像素子２１，２２及び２３が所望の作動温度に達した場合には、定常的な作動状態に達したと判断されて、ＣＰＵは、負荷要求に対応して固体撮像装置全体を定常的に作動させるためのデータに基づき、新たな駆動信号を各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、並びに、電気分解セル８に送信し、固体撮像装置１全体のバランスのとれた制御を開始する（Ｓ５）。
【０１２６】
次に、固体撮像装置１の主電源（図示せず）をＯＦＦにして、固体撮像装置１を停止させる場合について説明する。この場合、中央制御装置７１は先に述べた二次電池等のバックアップ電源により作動する。そして、中央制御装置７１のＣＰＵは各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、並びに、ファン９０に停止信号を出力してこれらの作動を停止する（Ｓ６）。
【０１２７】
また、このときＣＰＵはタイマーに駆動信号を送出し、タイマーを起動させ、中央制御装置７１のＣＰＵは各固体撮像素子２１，２２及び２３、並びに、各ペルチェ素子３１，３２及び３３のいずれもが停止した直後からの経過時間をカウントする。なお、この場合、各固体撮像素子２１，２２及び２３並びに各ペルチェ素子３１，３２及び３３のそれぞれの停止のタイミングは同時でもよく、何れかを先に停止させてもよい。更に、ファン９０の停止のタイミングも、各固体撮像素子又は各ペルチェ素子に対して同時でも異なっていてもよい。
【０１２８】
次に、タイマーにより所定の時間が経過し、各固体撮像素子２１，２２及び２３の温度が十分に上昇して結露が発生しなくなることが確認されると、中央制御装置７１のＣＰＵは電気分解セル８に停止信号を送出する（Ｓ７）。なお、ステップＳ６でファン９０の停止を行わず、このステップＳ７においてファン９０の停止を行ってもよい。この場合にも、ファン９０の停止のタイミングは、電気分解セル８に対して同時でも異なっていてもよい。
【０１２９】
ここで、各固体撮像素子２１，２２及び２３は外部環境温度以下の所定温度で作動しているため、ステップＳ６の実行後には、各固体撮像素子２１，２２及び２３の温度は外部環境温度と同じ値となるまで通常上昇する。そのため、結露の発生しにくい状態となるが、ステップＳ７において電気分解セルの停止のタイミングを遅らせることにより、確実に結露の発生を防止することができる。
【０１３０】
なお、ステップＳ６の実行からステップ７の実行までの間の時間は、実験などにより予め決定した時間である。この時間のデータは中央制御装置７１の記憶装置に格納されており、ＣＰＵはステップ６及びステップ７を実行するときに記憶装置にアクセスしてこれを読み出して用いる。
【０１３１】
また、各固体撮像素子２１，２２及び２３の温度を各温度センサ９１，９２及び９３によりモニタし、ステップＳ６の実行から各固体撮像素子２１，２２及び２３の温度が所定の温度まで上昇したか否かを確認するステップを、ステップＳ６の実行からステップ７の実行までの間に更に設け、各固体撮像素子２１，２２及び２３の温度が所定の温度まで上昇した場合にステップ７を実行する設定としてもよい。この場合、タイマーによる時間のカウントは行ってもよく、タイマーによる時間のカウントを行わず、温度の変化のみでＣＰＵがステップ７を実行するか否かの判断を行うように設定してもよい。
【０１３２】
更に、Ｓ６の実行後のケース内の水蒸気圧を湿度センサ９によりモニタし、ケース２内の水蒸気圧が外部環境温度の飽和蒸気圧以下（好ましくは外部環境温度の飽和蒸気圧未満）であるか否かを確認するステップをステップＳ６の実行からステップ７の実行までの間に更に設け、ケース２内の水蒸気圧が外部環境温度の飽和蒸気圧以下（好ましくは外部環境温度の飽和蒸気圧未満）となる場合にのみステップ７を実行する設定としてもよい。この場合にも、タイマーによる時間のカウントは行ってもよく、タイマーによる時間のカウントを行わず、温度の変化のみでＣＰＵがステップ７を実行するか否かの判断を行うように設定してもよい。
【０１３３】
［第２実施形態］
以下、図１２及び図１３を参照しながら本発明の固体撮像装置の第２実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１２は、本発明の固体撮像装置の第２実施形態を示す正面図である。図１３は、図１２に示した固体撮像装置を作動させた場合に流体流路内に発生する流体流を概略的に説明するための分解斜視図である。
【０１３４】
図１２に示す固体撮像装置１Ａは、側面パネルに形成された流体流路の数と断面形状が異なる以外は図１に示した固体撮像装置１と同様の構成を有する。
【０１３５】
図１２に示すように、ケースカバー４の一方の側面パネルの内壁面と外壁面との間の内部領域には、断面が略円形状の流体流路１０３、１０４、１０５が所定の間隔で形成されている。また、ケースカバー４の他方の側面パネルの内壁面と外壁面との間の内部領域には、上述の流体流路１０３、１０４、１０５と同様の断面形状と大きさを有する流体流路１０６、１０７、１０８が形成されている。
【０１３６】
図１２に示すように、ケース２の外部に存在する流体を吸入するための流体流路１０３の吸入口Ｈ１０３は、側面パネルの前面パネル３ａ側の側面に形成されている。また、流体流路１０３は、側面パネルの内部領域を前面パネル３ａの側から背面パネルの側にかけて前面パネル３ａの法線方向に略平行となる方向にのびるようにして形成されている。更に、流体流路１０３は、マニホールド部を画成している側面パネルの部分で第２領域の内部に向けて略Ｌ字型に屈曲させられており、第２領域（マニホールド部の内部通路）に接する側面パネルの内壁面に流体を第２領域に排出するための排出口Ｈ１０１Ａが形成されている。なお、他の流体流路１０４〜１０８の説明については、流体流路１０３と同様であるので省略する。
【０１３７】
フアン９０を作動させる場合について図１３を用いて流体流路１０３を例に説明すると、フアン９０を作動させることにより、流体流路１０３内に流体流ｆ１０３が発生し、固体撮像装置１外部の流体が吸入口Ｈ１０１から流体流路１０１内に強制的に導入され、ケース２と熱交換してケース２を冷却しながら排気口Ｈ１０３Ａ（図示せず）に向けて移動させられる。そして、排気口Ｈ１０３Ａから第２領域に排出される流体は、他の流体流路１０４〜１０８の排気口Ｈ１０４Ａ〜排気口Ｈ１０８Ａ（何れも図示せず）から第２領域に排出される流体と、電気分解セル８から排出される水、水素等の反応生成物と共にフアン９０に吸引され、背面パネル３ｂの排出孔Ｈ１００から外部に排出される。また、フアン９０を作動させる場合についての他の流体流路１０４〜１０８における流体の流れも上記と同様である。
【０１３８】
［第３実施形態］
以下、図１４を参照しながら本発明の固体撮像装置の第３実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１４は、本発明の固体撮像装置の第３実施形態を示す正面図である。
【０１３９】
図１４に示す固体撮像装置１Ｂは、側面パネルのほかに上面パネルにも側面パネルと同様の流体流路が形成されていること以外は図１に示した固体撮像装置１と同様の構成を有する。
【０１４０】
側面パネルに形成した流体流路１０１及び１０２のほかに上面パネルにも流体流路１０９をもうけることにより、ケース２の冷却をより効率よくおこなうことができる。
【０１４１】
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。
【０１４２】
例えば、本発明において、流体流路の形成位置はケースの内壁面と外壁面との間の内部領域であれば特に限定されない。また、本発明において、流体流路の断面形状と大きさも特に限定されない。更に、固体撮像装置の作動中において、フアンのみの起動と停止を使用者が自由に選択して行うことのできるスイッチを設けてもよい。また、上記実施形態においては、各冷却ブロック４１，４２及び４３は、それぞれ熱伝導パイプによりケース２に固定されていたが、熱伝導パイプを用いずに、各冷却ブロック４１，４２及び４３をそれぞれねじどめするなどしてケース２（例えば、ケースカバー４）に固定してもよい。
【０１４３】
また、例えば、上述の固体撮像装置１を起動させる場合に、ステップＳ１の実行後、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１が上述の所定値Ｘ０以下となるまでの時間を予め把握しておき、ステップＳ１においてＣＰＵにタイマーを起動させて、各固体撮像素子２１，２２及び２３並びに電気分解セル８のいずれもが起動してからの時間をカウントさせ、所定の時間が経過した後にステップＳ４を実行させる設定としてもよい。
【０１４４】
また、上記の実施形態においては、冷却素子としてペルチェ素子を使用する場合について説明したが、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の運転方法に使用する冷却素子はこれに特に限定されるものではない。例えば、スターリング・サイクル・エンジンを使用してもよい。
【０１４５】
また、冷却素子として、例えば、水や液体窒素などの冷却媒を入れた熱伝導性の容器と、容器内において温度の上昇した冷却媒を容器の外部に取り出すとともに温度の低い冷却媒を容器内に供給する冷却媒の循環手段とを備えて、この容器を固体撮像素子に直接に接触させるか或いは所定の熱伝導性の部材を介して間接に接触させるなどして冷却する方式を採用してもよい。
【０１４６】
【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、多様な姿勢で使用しても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、容易にコンパクト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の第１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IV−IV線に沿ってみた固体撮像装置の概略的な基本構成の一例を示す断面図である。
【図５】図２のV−V線に沿ってみた固体撮像装置の流体流路の排出口付近の部分の概略的な構成を示す断面図である。
【図６】図１に示した固体撮像装置を作動させた場合に流体流路内に発生する流体流を概略的に説明するための分解斜視図である。
【図７】図１に示した固体撮像装置に備えられる電気分解セルの基本構成の一例を概略的に示す断面図である。
【図８】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９】図１に示した固体撮像装置の制御ブロック図である。
【図１０】図１に示した固体撮像装置の制御手順の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１に示した固体撮像装置の制御手順の一例を説明するための他のフローチャートである。
【図１２】本発明の固体撮像装置の第２実施形態を示す正面図である。
【図１３】図１２に示した固体撮像装置を作動させた場合に流体流路内に発生する流体流を概略的に説明するための分解斜視図である。
【図１４】本発明の固体撮像装置の第３実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ・・・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・・・電気分解セル、９・・・湿度センサ、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、７１・・・中央制御装置、８１・・・アノード、８２・・・カソード、８３・・・高分子電解質膜、８４・・・電源部、８５，８６・・・外枠部材、８７・・・ねじ、９０・・・ファン、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９・・・流体流路、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、ｆ１０１，ｆ１０２，ｆ１０３，ｆ１０４，ｆ１０５，ｆ１０６，ｆ１０７，ｆ１０８・・・流体流、Ｈ１０１，Ｈ１０２，Ｈ１０３，Ｈ１０４，Ｈ１０５，Ｈ１０６，Ｈ１０７，Ｈ１０８，Ｈ１０９・・・吸入口、Ｈ１０１Ａ，Ｈ１０２Ａ・・・排出口、Ｈ１００・・・排出孔、Ｌ１０…入射光、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３・・・色成分光路、Ｈ２・・・開口部、ｈ３，ｈ２１，ｈ４１・・・熱。

Claims

光を光電変換する固体撮像素子と、
前記光を採光するための開口部が設けられており、前記固体撮像素子を収容するケースと、
前記固体撮像素子と前記ケースの内壁面との間に熱的接触を保つ状態で配置されており、前記固体撮像素子において発生する熱を吸収し前記ケースに向けて伝達する熱伝導部材と、
前記ケースの前記内壁面と外壁面との間の内部領域に形成されており、前記ケースの外部に存在する流体を吸入する吸入口と該流体を排出する排出口とを有し、前記ケースと前記流体との間で熱交換をさせることにより前記ケースを冷却するための少なくとも一本の流体流路と、
前記少なくとも一本の流体流路内の前記流体を前記吸入口から前記排出口に向けて移動させるための流体流を発生させるファンと、を備え、
前記ケースは、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た背面パネルと、を有し、
前記吸入口は、前記前面パネル側に設けられており、
前記排出口は、前記背面パネル側に設けられており、
前記ファンは、前記少なくとも一本の流体流路の前記排出口の近傍に配置され、
前記ファンが接続されており外部に開放された第１の接続口と、前記少なくとも一本の流体流路の前記排出口毎に設けられており前記排出口に接続される第２の接続口と、を有する内部通路が形成され、前記ケース内を前記固体撮像素子及び前記熱伝導部材が配置された前記前面パネル側の第１領域と前記背面パネル側の第２領域とに２分する仕切りパネルである電気分解セルと前記背面パネルとによって画成されたマニホールド部が更に設けられており、
前記排出口から排出される前記流体は前記マニホールド部の前記内部通路を介して外部に排出されることを特徴とする固体撮像装置。
前記ケースは、略直方体状の形状を有しており、前記前面パネルと、前記背面パネルと、前記各固体撮像素子を載置する底面パネルと、前記底面パネルに対向配置される上面パネルと、互いに対向する２つの側面パネルとから構成されており、
前記前面パネルと前記背面パネルとの間には、前記ケース内を前記前面パネル側の第１領域と前記背面パネル側の第２領域とに２分する仕切りパネルが配置され、前記第２領域を前記内部通路とする前記マニホールド部が画成されており、
前記第１領域には、前記固体撮像素子と前記熱伝導部材とが配置されており、
前記側面パネルの少なくとも一方には、前記前面パネル側から前記背面パネル側に向けてのびる前記流体流路が少なくとも１本形成されており、
前記流体流路の吸入口は、前記側面パネルの前記前面パネル側の外壁面に設けられており、
前記流体流路の排出口は、前記側面パネルの前記第２領域側の内壁面に設けられており、
前記背面パネルには、前記マニホールド部の前記第１の接続口が設けられており、該第１の接続口の前記第２領域側には前記ファンが配置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。
前記上面パネルには、前記前面パネル側から前記背面パネル側に向けてのびる前記流体流路が少なくとも１本形成されており、
前記流体流路の吸入口は、前記上面パネルの前記前面パネル側の外壁面に設けられており、
前記流体流路の排出口は、前記側面パネルの前記第２領域側の内壁面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
前記ケースは、ケース本体と該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、前記前面パネルと、前記背面パネルと、前記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２又は３に記載の固体撮像装置。
前記ケースの前記開口部から採光した光を受光する受光面を有しており、該受光面から入射する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が更に備えられており、
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ための前記固体撮像素子が前記各光出射面毎に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の固体撮像装置。
冷却素子が前記固体撮像素子と前記熱伝導部材との間に更に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の固体撮像装置。
前記ケース内の水蒸気の電気化学的な酸化分解反応を進行させる電気分解セルと、
前記冷却素子の出力を制御して前記固体撮像素子の作動温度を外部環境温度以下の所定温度に調節し、かつ、前記ケース内の水蒸気圧が前記作動温度における飽和水蒸気圧以下の所定値となる条件を満たすように、前記固体撮像素子、前記冷却素子及び前記電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御する制御装置と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
前記制御装置は、停止時において、前記電気分解セルよりも前記固体撮像素子及び前記冷却素子を先に停止させ、次いで前記条件が満たされる所定時間経過後に前記電気分解セルを停止させることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
前記ケース内の前記水蒸気圧を検知する湿度センサが更に設けられており、
前記制御装置は、前記湿度センサにより検知される前記水蒸気圧に基づいて、前記固体撮像素子、前記冷却素子及び前記電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子の温度を検知する温度センサが更に設けられており、
前記制御装置は、前記温度センサにより検知される前記固体撮像素子の温度に基づいて、前記固体撮像素子、前記冷却素子及び前記電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御するとともに、起動後の前記冷却素子の出力を制御することを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載の固体撮像装置。
前記電気分解セルは、ガス拡散電極であるアノードと、ガス拡散電極であるカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された高分子電解質膜と、前記アノードと前記カソードとの間に所定の電圧を印加する電圧印加部と、を有していることを特徴とする請求項７〜１０の何れかに記載の固体撮像装置。