JP4137572B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば画素ずらし方式を用いた高分解能の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種分野において、ＣＣＤなどの固定撮像素子を用いた撮像装置により高感度、高精細画像を取得する要求が高まっている。現在、固体撮像素子等の撮像デバイスにより実現している画素数は、数百万画素程度である。１０００万画素以上の画像データを取得する手段としては、例えば特許文献１に記載されているような画素ずらし方式を用いる場合がある。
【０００３】
この画素ずらし方式は、圧電アクチュエータを用いた微動機構によりＣＣＤを微動させて複数回撮像し、ＣＣＤの画素数の複数倍の画像数を用いて撮像したような効果を得る、例えば特許文献２に記載されているような方式が利用される。
【０００４】
図８はかかる画素ずらし方式に用いられる微動機構の構成図である。ベース部１は、板状であり、例えば厚さ５ｍｍ程度の板材からなる。このベース部１には、ワイヤ放電加工機等によって図中網掛けの部分を切り欠いて下記の各機能部分が一体的に形成されている。なお、図中、網掛けの部分は、ワイヤ放電加工機によって切り欠いた部分である。
【０００５】
可動部２は、例えばＣＣＤ等の撮像デバイスが搭載される。この可動部２は、ベース部１の略中央部に形成され、その四隅が４つの板ばね３ａ〜３ｄを介してベース部１上に接続されている。
【０００６】
これら板ばね３ａ〜３ｄは、２つの切り欠きの部分がＬ字形状でかつ互いに平行に切り欠かれることで形成される。これら板ばね３ａ〜３ｄの幅は、後述するＸ軸及びＹ軸方向に対してばねとして作用するように薄く形成されている。
【０００７】
可動部２の中心部を通る互いに直交する各移動軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向の各軸上）には、それぞれ各駆動ばね４ａ〜４ｄが形成されている。これら駆動ばね４ａ〜４ｄは、２つの切り欠きの部分が互いに平行に切り欠けられることで形成される。これら駆動ばね４ａ〜４ｄの幅は、それぞれＸ軸方向又はＹ軸方向にばねとして作用するように薄く形成されてる。これら駆動ばね４ａ〜４ｄは、可動部２の中央に接続されている。このうち駆動ばね４ａは＋Ｙ方向に延びて形成され、その他についても駆動ばね４ｂは−Ｘ方向、駆動ばね４ｃは−Ｙ方向、駆動ばね４ｄは＋Ｘ方向にそれぞれ延びて形成されている。
【０００８】
これら駆動ばね４ａ〜４ｄの先端部には、それぞれアーム部５ａ〜５ｄの一端部が接続されいる。これらアーム部５ａ〜５ｄは、２つの切り欠きの部分が互いに平行に切り欠かれることで形成されるもので、その幅は駆動ばね４ａ〜４ｄや板ばね３ａ〜３ｄに対して十分大きな剛性を持った剛体となるように広く形成されている。
【０００９】
ところで、板ばね３ａ〜３ｄの板厚は、駆動ばね４ａ〜４ｄの板厚よりも厚く形成されており、板ばね３ａ〜３ｄの曲げ剛性は、駆動ばね４ａ〜４ｄの曲げ剛性よりも高い。
【００１０】
これらアーム部５ａ〜５ｄのうちアーム部５ａと５ｃとは、それぞれＸ軸方向に沿い、かつ略平行に形成されている。他のアーム部５ｂと５ｄとは、それぞれＹ軸方向に沿い、かつ略平行に形成されている。
【００１１】
従って、駆動ばね４ａ及びアーム部５ａの一体化した形状と駆動ばね４ｃ及びアーム部５ｃの一体化した形状とは、Ｘ軸を挟んで軸対称になっている。同様に、駆動ばね４ｂ及びアーム部５ｂの一体化した形状と駆動ばね４ｄ及びアーム部５ｄの一体化した形状とは、Ｙ軸を挟んで軸対称になっている。
【００１２】
各アーム部５ａ〜５ｄの他端部には、それぞれヒンジ部６ａ〜６ｄが形成されている。これらヒンジ部６ａ〜６ｄは、各アーム部５ａ〜５ｄが回動するときの支点として作用する。
【００１３】
アーム部５ａ側面のヒンジ部６ａ寄りの位置とアーム部５ｄ側面のヒンジ部６ｄ寄りの位置とには、それぞれ微動素子としての各圧電アクチュエータ７ａ、７ｂが設けられている。圧電アクチュエータ７ａは、アーム部５ａのＸ軸側で、ヒンジ部６ａよりもＹ軸側に設けられている。この圧電アクチュエータ７ａは、Ｙ軸方向に伸縮動作するもので、この伸縮動作によりアーム部５ａをヒンジ部６ａを支点として回動させる。
【００１４】
圧電アクチュエータ７ｂは、アーム部５ｄのＹ軸側で、ヒンジ部６ｄよりもＸ軸側に設けられている。この圧電アクチュエータ７ｂは、Ｘ軸方向に伸縮動作するもので、この伸縮動作によりアーム部５ｄをヒンジ部６ｄを支点として回動させる。
【００１５】
これら圧電アクチュエータ７ａ、７ｂは、図示しないアクチュエータ制御回路から印加される電圧値に応じて伸縮動作する。
【００１６】
このような構成の微動機構であれば、可動部２をＹ軸方向に微動させる場合、圧電アクチュエータ７ａに対して所定の電圧値が印加される。この圧電アクチュエータ７ａは、電圧印加によって伸縮するが、例えば伸びた場合には、アーム部５ａをヒンジ部６ａを支点として反時計回りに回動させる。このアーム部５ａの回動によって駆動ばね４ａが＋Ｙ方向に微動すると共に、この駆動ばね４ａに接続されている可動部２も＋Ｙ方向に微動する。
【００１７】
一方、可動部２をＸ軸方向に微動させる場合、圧電アクチュエータ７ｂに対して所定の電圧値が印加される。この圧電アクチュエータ７ｂは、電圧印加によって伸縮するが、例えば伸びた場合には、アーム部５ｄをヒンジ部６ｄを支点として時計回りに回動させる。このアーム部５ｄの回動によって駆動ばね４ｄが＋Ｘ方向に移動すると共に、この駆動ばね４ｄに接続されている可動部２も＋Ｘ方向に微動する。
【００１８】
従って、可動部２に搭載されているＣＣＤ等の撮像デバイスがＸ方向、Ｙ方向に微動することにより、画素ずらしによる高精細な撮像が可能になる。
【００１９】
一方、顕微鏡用デジタルカメラなどでは、蛍光観察撮影用などのより高感度なカメラが要求されている。高感度なカメラを実現する手段としては、例えばＣＣＤを冷却してＳＮ比を向上させる手法が用いられる。ＣＣＤの冷却手法としては、例えばペルチェ素子などの冷却素子を用いてＣＣＤを直接又は間接的に冷却する、いわゆるクールドＣＣＤと称する手法が用いられる。
【００２０】
【特許文献１】
特開平１１−２７５４０８号公報
【００２１】
【特許文献２】
特願２００１−２８７６００号
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上記微動機構は、いわゆるバネステージと称されるもので、その利点は、構造が簡単でスペースをとらず、かつ移動精度が高く、耐久性がよいことである。このような微動機構を用いた撮像装置は、高精細な画像データを取得するだけでなく、高感度な画像データを取得する場合、クールドＣＣＤの技術と併用される可能性が高い。このようにクールドＣＣＤの技術と併用されると、撮像装置には、放熱性能の問題が生じる。
【００２３】
図９は撮像装置の筐体を示す全体構成図である。撮像装置の筐体は、本体１０と中フタ１１と上フタ１２とからなる。本体１０と中フタ１１とにより形成される空間は、Ｏリング１３を介して完全に密閉され、例えば窒素ガスなどが充填される。これら本体１０と中フタ１１との空間内は、微動機構（以下、バネステージと称する）１４が設けられている。そして、このバネステージ１４の可動部２には、ＣＣＤ１５が搭載されている。このＣＣＤ１５の前方となる本体１０には、Ｃマウント１６が取り付けられ、光学レンズ１７が設けられている。
【００２４】
ＣＣＤ１５をペルチェなどの冷却素子１９により冷却するには、ＣＣＤ１５の裏側にヒートシンク１８を密着し、さらにヒートシンク１８に対して冷却素子１９を密着させる。冷却素子１９には、冷却面と発熱面とがあり、このうち冷却面がヒートシンク１８に密着され、発熱面が可動部２側に密着される。
【００２５】
従って、冷却素子１９に電圧を印加すると、冷却素子１９の冷却面からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却され、反対に冷却素子１９の発熱面によって可動部２は加熱される。
【００２６】
通常であれば、冷却素子１９の発熱面などの発熱部は、本体１０などの熱容量の大きい部分や、熱が外部に逃げやすい部分に接続して熱を逃す。
【００２７】
ところが、バネステージ１４の場合、ＣＣＤ１５を搭載する可動部２と、本体１に固定されるベース部１とが薄く形成された各駆動バネ４ａ〜４ｄ及び板ばね３ａ〜３ｄのみで連結され、かつベース部１と可動部２との間の殆どがアルミニウムなどの金属に比べて約１万分の１の熱伝導率しかない空気になっている。
【００２８】
このため、可動部２からベース部１への熱伝導性が非常に悪い。これにより、冷却素子１９の発熱面で発生した熱を逃がすことができずに逆流したり、本体１０で囲まれた内部に熱がこもったりして、結局効率良くＣＣＤ１５を冷却できず、クールドＣＣＤの機能を満足できない。
【００２９】
又、クールドＣＣＤを採用した撮像装置は、本体１０と中フタ１１とをＯリング１３などを介して完全に密閉し、ＣＣＤ１５の周囲の空気が外気に触れないようにし、場合によっては例えば窒素ガスなどを充填する。これはＣＣＤ１５の温度変化による結露を防止するためである。このような構造によりクールドＣＣＤを採用した撮像装置では、通常の放熱対策であるファン又はスリットを用いた外気との空気循環による冷却を全く行うことができないという制約がある。
【００３０】
そこで本発明は、バネステージを用いた画素ずらし方式を採用し、かつクールドＣＣＤを採用しても、ＣＣＤを効率よく冷却し、結露を防止し、高速で高精度な画素ずらしによる撮像を行える安価な撮像装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、可動部に設けられた撮像素子とからなる撮像装置において、微動機構における固定部と可動部との隙間に粘性を有する高熱伝導部材を充填したことを特徴とする撮像装置である。
【００３２】
本発明は、板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、可動部に設けられた撮像素子とを筐体内に収納してなる撮像装置において、可動部と筐体との間に弾性を有する高熱伝導部材を介在させたことを特徴とする撮像装置である。
【００３３】
本発明は、板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、可動部に設けられた撮像素子とからなる撮像装置において、微動機構における可動部と固定部との間を、これら可動部と固定部との隙間を跨いで高熱伝導部材により接続したことを特徴とする撮像装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図８及び図９と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００３５】
図１は撮像装置の筐体を示す全体構成図であり、図２は当該撮像装置に用いられるバネステージ１００の構成図である。
【００３６】
図２に示すバネステージ１００において、可動部２の中心部を通るＸ軸方向とＹ軸方向の各軸上には、それぞれ各駆動ばね２０ａ〜２０ｄが形成されている。これら駆動ばね２０ａ〜２０ｄは、図８に示す各駆動ばね４ａ〜４ｄの長さよりも短く形成されている。
【００３７】
これら駆動ばね２０ａ〜２０ｄには、それぞれアーム部２１ａ〜２１ｄの一端部が接続されている。これらアーム部２１ａ〜２１ｄのうちアーム部２１ａと２１ｄとは、略９０°折れ曲がったＬ字形状に形成されている。
【００３８】
すなわち、アーム部２１ａは、駆動ばね２０ａに対して略９０°曲がって−Ｘ方向に延びたアーム部片２１−１と、このアーム部片２１−１に対して略９０°曲がって＋Ｙ方向に延びたアーム部片２１−２とが一体的に形成されている。
【００３９】
アーム部２１ｄは、駆動ばね２０ｄに対して略９０°曲がって−Ｙ方向に延びたアーム部片２１−３と、このアーム部片２１−３に対して略９０°曲がって＋Ｘ方向に延びたアーム部片２１−４とが一体的に形成されている。
【００４０】
他の各アーム部２１ｂ及び２１ｃは、それぞれ板状に形成されている。
【００４１】
これらアーム部２１ａ〜２１ｄの先端部には、それぞれヒンジ部２２ａ〜２２ｄが形成されている。
【００４２】
アーム部２１ａと２１ｄとには、これらアーム部２１ａ、２１ｄの他端部（Ｌ型の開口内）に各圧電アクチュエータ７ａ、７ｂが設けられている。このうち圧電アクチュエータ７ａは、アーム部片２１−２に当接し、Ｘ軸方向に伸縮動作する。この圧電アクチュエータ７ａの伸縮動作によってアーム部２１ａがヒンジ部２２ａを支点として回動するものとなる。
【００４３】
圧電アクチュエータ７ｂは、アーム部片２１−４に当接し、Ｙ軸方向に伸縮動作する。この圧電アクチュエータ７ｂの伸縮動作によってアーム部２１ｄがヒンジ部２２ｄを支点として回動するものとなる。
【００４４】
従って、各圧電アクチュエータ７ａ、７ｂの各伸縮方向と可動部１１の移動方向とは、直交する。
【００４５】
ベース部１と可動部２との隙間には、高熱伝導部材２３が充填されている。この高熱伝導部材２３は、図面上では格子網掛けにより示す。この高熱伝導部材２３は、例えば高熱伝導グリス、又は高熱伝導ゲルなどである。この高熱伝導部材２３は、ある程度の粘性を有し、例えば傾けてもベース部１と可動部２との隙間から流れ落ちることはなく、かつ固体と違って圧電アクチュエータ７ａ、７ｂの伸縮によって可動部２等のバネステージ１００を構成する部分が動いても、当該動きを妨げる働きはしない。すなわち、高熱伝導部材２３は、可動部２が移動し、ベース部１と可動部２との隙間が狭くなったり、広くなっても、これらベース部１と可動部２との隙間から押し出されたり、伸ばされたりするだけで、可動部２の移動には全く影響を与えない。
【００４６】
一方、撮像装置の筐体は、図１に示すように本体１０と中フタ１１とにより形成される空間は、Ｏリング１３を介して空気漏れなどがないように完全に密閉され、例えば非常に乾燥した空気、又は窒素ガスなどの不活性ガスが充填される。
【００４７】
ＣＣＤ１５の前方となる本体１０には、Ｃマウント１６が取り付けられ、ここに撮像する像を取り込むための光学レンズ１７が配置されている。このＣマウント１６の上部は、空気を密閉するために防塵ガラスが内側から接着などの方法によつて密閉固定されている。
【００４８】
中フタ１１の下部には、図２に示すバネステージ１００が固定されている。このバネステージ１００は、ベース部１に設けられた例えば４ヶ所の孔３０を介して中フタ１１の下部にネジ止めされる。この場合、中フタ１１と接触するのは、ベース部１の外周から僅かな面であり、切欠きや可動部２の形成された部分は、中フタ１１の取り付け面側で逃げが設けられ、中フタ１１に直接接触しないようになっている。なお。この切欠きや可動部２の形成された部分が中フタ１１に接触すると、可動部２の正確な微動が出来なくなるばかりでなく、全く微動できなくなる。
【００４９】
バネステージ１００の可動部２には、例えば四隅にそれぞれネジを用いて各支柱３１を設けられている。これら支柱３１には、ＣＣＤ１５を実装した基板３２が設けられている。
【００５０】
基板３２におけるＣＣＤ１５に対応する部分には、裏面側から孔が開けられている。そして、これら孔を介してヒートシンク１８がＣＣＤ１５の裏面に接触している。このヒートシンク１８におけるＣＣＤ１５との接触面とは反対面には、冷却素子１９の冷却面が接触している。なお、ヒートシンク１８とＣＣＤ１５との接触面、及びヒートシンク１８と冷却素子１９との接触面には、それぞれ熱伝導グリスなどが塗布されて熱伝導率を高める工夫が講じられている。
【００５１】
これらＣＣＤ１５、ヒートシンク１８及び冷却素子１９の取り付けは、当該ＣＣＤ１５、ヒートシンク１８及び冷却素子１９を配置した後に、調整ネジ３３をＣＣＤ１５側にねじ込む。この調整ネジ３３のねじ込みは、ＣＣＤ１５、ヒートシンク１８、冷却素子１９及び調整ネジ３３がそれぞれ確実に密着するまで行なわれる。
【００５２】
中フタ１２の上部には、基板３４が設けられている。この基板３４には、例えばＣＣＤ１５の出力信号を処理して画像データを得る回路が形成されている。中フタ１１の上部には、上フタ１２が固定されている。この上フタ１２からは、撮像装置筐体の外部に基板３４に接続されたコネクタが導出される。このコネクタには、例えばパーソナルコンピュータが接続され、例えば撮像装置を制御したり、撮像した画像データを転送する。
【００５３】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００５４】
可動部２をＸ軸方向に微動させる場合、圧電アクチュエータ７ｂに対して所定の電圧値が印加される。この圧電アクチュエータ７ｂは、電圧印加によって伸縮するが、例えば伸びた場合には、アーム部２１ｄをヒンジ部２２ｄを支点として時計回りに回動させる。このアーム部２１ｄの回動に伴って駆動ばね２０ｄがＸ軸方向に移動し、これによって可動部１１は、Ｘ軸方向に微動する。
【００５５】
可動部２をＹ軸方向に微動させる場合も上記同様に、圧電アクチュエータ７ａの伸縮動作によってアーム部２１ａがヒンジ部２２ａを支点として回動し、これに伴って駆動ばね２０ａがＹ軸方向に移動し、これによって可動部２は、Ｙ軸方向に微動する。
【００５６】
このような可動部２の微動によりＣＣＤ１５をＸ方向、Ｙ方向に微動させて画素ずらしによる高精細な撮像を行うと、撮像による熱がＣＣＤ１５及びこのＣＣＤ１５を実装する基板３４から発生する。
【００５７】
これに対して冷却素子１９に電圧を印加することにより、当該冷却素子１９からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却される。
【００５８】
又、冷却素子１９の発熱面すなわち調整ネジ３３側は加熱されるが、ベース部１と可動部２との隙間には高熱伝導部材２３が充填されているので、冷却素子１９の発熱面からの熱は、可動部２から高熱伝導部材２３に伝導し、さらにベース部１から中フタ１１に伝導する。このときの熱の伝導は、可動部２から高熱伝導部材２３を介してベース部１、さらには中フタ１１が一体の金属になったようにスムーズに伝わる。
【００５９】
これと共に、可動部２以外のベース部１及び中フタ１１は熱容量が大きく、かつ中フタ１１は本体１０及び上フタ１２にも直接固定されているので、冷却素子１９から発生した熱は、可動部２からベース部１及び中フタ１１に伝導し、さらに中フタ１１や本体１０、上フタ１２から撮像装置筐体の外部に放出される。
【００６０】
この結果、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもることなく、クールドＣＣＤの機能を十分に発揮できる。
【００６１】
このように上記第１の実施の形態においては、画素ずらし方式の撮像装置におけるバネステージ１００のベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填したので、冷却素子１９の発熱面からの熱を可動部２から高熱伝導部材２３に伝導させ、さらにベース部１から中フタ１１に伝導させて撮像装置筐体の外部に放出できる。これにより、クールドＣＣＤを採用した撮像装置においてＣＣＤ１４を効率よく冷却できる。
【００６２】
これと共に、可動部２以外のベース部１及び中フタ１１は熱容量が大きく、かつ中フタ１１は本体１０及び上フタ１２にも直接固定されているので、冷却素子１９から発生した熱を撮像装置筐体の外部に放出できる。
【００６３】
この結果、高熱伝導部材２３を充填したことに加え、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもらず、ＣＣＤ１４をさらに効率よく冷却できる。
【００６４】
クールドＣＣＤを採用した撮像装置では、本体１０と中フタ１１とをＯリング１３などを介して完全に密閉し、ＣＣＤ１５の周囲の空気が外気に触れないようにし、さらに例えば窒素ガスなどを充填してＣＣＤ１５の温度変化による結露を防止しているが、このような構造の撮像装置であってもＣＣＤ１４を効率よく冷却し、結露を防止できる。
【００６５】
高熱伝導部材２３は、ある程度の粘性を有し、かつ固体と違って圧電アクチュエータ７ａ、７ｂの伸縮によって可動部２等のバネステージ１００を構成する部分が動いても、当該動きを妨げる働きはせず、可動部２の移動に全く影響を与えないので、バネステージ１００によりＣＣＤ１５を微動させ、画素ずらしよる高速で高精細な画像の撮像が可能である。又、高熱伝導部材２３は、例えば高熱伝導グリス、又は高熱伝導ゲルなどであり、容易に入手できる。
【００６６】
さらに、高熱伝導部材２３は、既存のバネステージ１００におけるベース部１と可動部２との隙間に充填するだけなので、冷却するための専用のスペースを作ることなく、かつ特別な部品も必要とせず、コンパクトで非常に安価にできる。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００６８】
図３は撮像装置の筐体を示す全体構成図である。可動部２中の調整ネジ３３の中フタ１１側には、高熱伝導シート４０が設けられている。この高熱伝導シート４０は、ゲル状の適度な弾性を持ったシートである。この高熱伝導シート４０は、調整ネジ３３の同一形状の円板状に形成されている。この高熱伝導シート４０は、厚み方向は勿論のこと、可動部２と中フタ１１との位置関係がバネステージ１００の可動部２の微動動作によって水平に移動しても、可動部２の微動動作に悪影響を与えないようなシートの厚さと柔らかさとを有する。
【００６９】
この高熱伝導シート４０の撮像装置筐体への組み込みは次の通り行なわれる。ベース部１には、ＣＣＤ１１、ヒートシンク１８、冷却素子１９が組み込まれ、これらが密着するように調整ネジ３３によりねじ込まれる。次に、中フタ１１が本体１０にネジ止めされるが、その前に、調整ネジ３３の中フタ１１側に高熱伝導シート４０が配置され、中フタ１１に対して高熱伝導シート４０を挟んで中フタ１１が本体１０にネジ止めにより固定される。高熱伝導シート４０が中フタ１１と本体１０との間に固定されたとき、高熱伝導シート４０は、若干潰れるように厚みが設定されている。
【００７０】
中フタ１１の中央部には、ベース部１の中央部つまり可動部２や切欠き部に対応する部分に逃げ部３５が設けられている。この逃げ部３５には、空気が存在し、加熱された可動部２の熱を直接逃せない構造になっている。
【００７１】
これに対して高熱伝導シート４０は、逃げ部３５の空気層を埋めて可動部２の熱を直接中フタ１１に伝導するようにする。
【００７２】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００７３】
可動部２の微動によりＣＣＤ１５をＸ方向、Ｙ方向に微動させて画素ずらしによる高精細な撮像を行うと、撮像による熱がＣＣＤ１５及びこのＣＣＤ１５を実装する基板３４から発生する。このとき冷却素子１９に電圧を印加すると、当該冷却素子１９からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却される。
【００７４】
一方、冷却素子１９の発熱面すなわち調整ネジ３３側は加熱されるが、中フタ１１と本体１０との間に高熱伝導シート４０が固定されているので、冷却素子１９の発熱面からの熱は、調整ネジ３３から高熱伝導シート４０に伝達し、さらに中フタ１１に伝導する。
【００７５】
これと共に高熱伝導シート４０は、逃げ部３５の空気層を埋めているので、加熱された可動部２の熱は、逃げ部３５内の高熱伝導シート４０から直接中フタ１１に伝導する。
【００７６】
この結果、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもることなく、中フタ１１や本体１０、上フタ１２から撮像装置筐体の外部に放出される。
【００７７】
このように上記第２の実施の形態においては、可動部２中の調整ネジ３３の中フタ１１側に高熱伝導シート４０を設けたので、冷却素子１９の発熱面からの熱や加熱された可動部２の熱は、高熱伝導シート４０を介してスムーズに中フタ１１に伝道し、撮像装置筐体の外部に放出できる。従って、クールドＣＣＤの機能を十分発揮でき、しかも画素ずらし方式のバネステージ１００による微動にも影響を与えない。
【００７８】
又、高熱伝導シート４０を中フタ１１と調整ネジ３３との間に固定する構造なので、非常に簡単な作業で撮像装置筐体の組み立てができる。従って、撮像装置筐体の組み立て工数を削減でき、コストを低下できる。
【００７９】
高熱伝導シート４０の熱伝導率は、当該高熱伝導シート４０の厚さ及び材質により決まるので、これら厚さ及び材質を均一に管理すれば容易に同一の熱伝導率の高熱伝導シート４０を得ることができる。従って、高熱伝導シート４０は、熱伝導率の性能に差がでることはなく、熱放出の性能を均一化できる。なお、高熱伝導シート４０の代わりにグリスを用いた場合も同様に、可動部２の熱は、グリスを介してスムーズに中フタ１１に伝導し、撮像装置筐体の外部に放熱できる。
【００８０】
又、高熱伝導シート４０であれば、冷却するための専用のスペースを作ることなく、かつ特別な部品も必要とせず、非常に安価にできる。
【００８１】
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００８２】
図４は撮像装置におけるバネステージの構成図である。このバネステージ１００は、ベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填せずに、ベース部１と可動部２との隙間を、これらベース部１と可動部２との隙間を跨いで複数の紐状高熱伝導部材４１により接続されている。
【００８３】
この紐状高熱伝導部材４１は、例えば弾性体により形成され、ベース部１と可動部２との間で互いに張力が働かないように、すなわち突っ張らないように接続されている。従って、紐状高熱伝導部材４１は、バネステージ１００の可動部２が微動動作しても、この可動部２の微動動作に悪影響を与えない。なお、この紐状高熱伝導部材４１の形状は、紐状に限らず、帯状に形成したり、又は断面積を増加して熱伝導性を高めてもよい。
【００８４】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００８５】
可動部２の微動によりＣＣＤ１５をＸ方向、Ｙ方向に微動させて画素ずらしによる高精細な撮像を行うと、撮像による熱がＣＣＤ１５及びこのＣＣＤ１５を実装する基板３４から発生する。このとき冷却素子１９に電圧を印加すると、当該冷却素子１９からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却される。
【００８６】
一方、冷却素子１９の発熱面すなわち調整ネジ３３側は加熱されるが、冷却素子１９の発熱面からの熱は、可動部２から複数の紐状高熱伝導部材４１をそれぞれ伝達し、さらに中フタ１１に伝導する。
【００８７】
この結果、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもることなく、中フタ１１や本体１０、上フタ１２から撮像装置筐体の外部に放出される。
【００８８】
このように上記第３の実施の形態においては、バネステージ１００におけるベース部１と可動部２との隙間を複数の紐状高熱伝導部材４１により跨いで接続したので、上記第１の実施の形態と同様に、クールドＣＣＤの機能を十分発揮でき、しかもベース部１と可動部２との間で互いに突っ張らないように接続しているので、画素ずらし方式のバネステージ１００による微動にも影響を与えない。
【００８９】
又、紐状高熱伝導部材４１により接続する方法は、ベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填する方法よりもメンテナンスがし易い。
【００９０】
さらに、複数の紐状高熱伝導部材４１によりベース部１と可動部２との隙間を跨ぐが、ＣＣＤ１５を実装する基板３２の設置高さよりも高くならず、スペースの拡大には繋がらない。
【００９１】
なお、本発明は、上記第１乃至第３の実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【００９２】
さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００９３】
以下、他の実施の形態について説明する。
【００９４】
図５は撮像装置におけるバネステージの構成図である。なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。このバネステージは、図８に示すバネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填した構成である。この高熱伝導部材２３は、図面上では格子網掛けにより示す。
【００９５】
このようなバネステージであれば、既存のバネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填するだけで、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００９６】
図６は撮像装置におけるバネステージの構成図であって、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００９７】
このバネステージは、上記図５に示すバネステージと相違するところを説明すると、各駆動ばね１３ｂ、１３ｃ及び各アーム部１４ｂ、１４ｃを無くし、かつ各駆動ばね１３ａ、３ｄの可動部１１への接続位置を中心からそれぞれ距離Ｌｘ、Ｌｙだけずらしたところである。
【００９８】
このバネステージにおいてもベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填した構成である。
【００９９】
このようなバネステージであっても、当該バネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填するだけで、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１００】
図７は撮像装置におけるバネステージの構成図であって、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１０１】
このバネステージは、上記図２に示すバネステージと相違するところを説明すると、各駆動ばね２０ｂ、２０ｃ及び各アーム部２１ｂ、２１ｃを無くし、かつ各駆動ばね２０ａ、２０ｄの可動部２への接続位置を中心からそれぞれ距離Ｌｘ、Ｌｙだけずらしたところである。
【０１０２】
このようなバネステージであれば、可動部２をＸ軸方向に移動させる場合、圧電アクチュエータ７ｂに対して所定の電圧値が印加されると、この圧電アクチュエータ７ｂは、伸縮し、アーム部２１ｄをヒンジ部２２ｄを支点として回動させる。このアーム部２１ｄの回動に伴って駆動ばね２０ｄがＸ軸方向に移動し、これによって可動部２は、Ｘ軸方向に微動する。Ｙ軸方向への微動についても同様な理由により、可動部１１は、回動動作が殆ど無くＹ軸方向に微小移動可能である。
【０１０３】
このバネステージにおいてもベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填した構成である。従って、このバネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填するだけで、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１０４】
又、上記第１の実施の形態では、バネステージ１００のベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填し、上記第２の実施の形態では、可動部２中の調整ネジ３３の中フタ１１側に高熱伝導シート４０を設け、上記第３の実施の形態では、ベース部１と可動部２との隙間を複数の紐状高熱伝導部材４１により跨いで接続しているが、これら実施の形態を互いに組み合わせてもよい。これにより、熱の放出をより向上できる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、バネステージを用いた画素ずらし方式を採用し、かつクールドＣＣＤを採用しても、ＣＣＤを効率よく冷却し、結露を防止し、高速で高精度な画素ずらしによる撮像を行える安価な撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる撮像装置の第１の実施の形態を示す筐体の全体構成図。
【図２】本発明に係わる撮像装置の第１の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図３】本発明に係わる撮像装置の第２の実施の形態を示す筐体の全体構成図。
【図４】本発明に係わる撮像装置の第３の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図５】本発明に係わる撮像装置の他の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図６】本発明に係わる撮像装置の他の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図７】本発明に係わる撮像装置の他の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図８】従来の撮像装置の画素ずらし方式に用いられる微動機構の構成図。
【図９】従来の撮像装置の筐体を示す全体構成図。
【符号の説明】
１：ベース部、
２：可動部
７ａ，７ｂ：圧電アクチュエータ
１０：本体
１１：中フタ
１２：上フタ
１３：Ｏリング
１５：ＣＣＤ
１６：Ｃマウント
１７：光学レンズ
１８：ヒートシンク
１９：冷却素子
１００：バネステージ
２０ａ〜２０ｄ：駆動ばね
２１ａ〜２１ｄ：アーム部
２１−１〜２１−４：アーム部片
２３：高熱伝導部材
３０：孔
３１：支柱
３２：基板
３３：調整ネジ
３４：基板
３５：逃げ部
４０：高熱伝導シート
４１：紐状高熱伝導部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば画素ずらし方式を用いた高分解能の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種分野において、ＣＣＤなどの固定撮像素子を用いた撮像装置により高感度、高精細画像を取得する要求が高まっている。現在、固体撮像素子等の撮像デバイスにより実現している画素数は、数百万画素程度である。１０００万画素以上の画像データを取得する手段としては、例えば特許文献１に記載されているような画素ずらし方式を用いる場合がある。
【０００３】
この画素ずらし方式は、圧電アクチュエータを用いた微動機構によりＣＣＤを微動させて複数回撮像し、ＣＣＤの画素数の複数倍の画像数を用いて撮像したような効果を得る、例えば特許文献２に記載されているような方式が利用される。
【０００４】
図８はかかる画素ずらし方式に用いられる微動機構の構成図である。ベース部１は、板状であり、例えば厚さ５ｍｍ程度の板材からなる。このベース部１には、ワイヤ放電加工機等によって図中網掛けの部分を切り欠いて下記の各機能部分が一体的に形成されている。なお、図中、網掛けの部分は、ワイヤ放電加工機によって切り欠いた部分である。
【０００５】
可動部２は、例えばＣＣＤ等の撮像デバイスが搭載される。この可動部２は、ベース部１の略中央部に形成され、その四隅が４つの板ばね３ａ〜３ｄを介してベース部１上に接続されている。
【０００６】
これら板ばね３ａ〜３ｄは、２つの切り欠きの部分がＬ字形状でかつ互いに平行に切り欠かれることで形成される。これら板ばね３ａ〜３ｄの幅は、後述するＸ軸及びＹ軸方向に対してばねとして作用するように薄く形成されている。
【０００７】
可動部２の中心部を通る互いに直交する各移動軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向の各軸上）には、それぞれ各駆動ばね４ａ〜４ｄが形成されている。これら駆動ばね４ａ〜４ｄは、２つの切り欠きの部分が互いに平行に切り欠けられることで形成される。これら駆動ばね４ａ〜４ｄの幅は、それぞれＸ軸方向又はＹ軸方向にばねとして作用するように薄く形成されてる。これら駆動ばね４ａ〜４ｄは、可動部２の中央に接続されている。このうち駆動ばね４ａは＋Ｙ方向に延びて形成され、その他についても駆動ばね４ｂは−Ｘ方向、駆動ばね４ｃは−Ｙ方向、駆動ばね４ｄは＋Ｘ方向にそれぞれ延びて形成されている。
【０００８】
これら駆動ばね４ａ〜４ｄの先端部には、それぞれアーム部５ａ〜５ｄの一端部が接続されいる。これらアーム部５ａ〜５ｄは、２つの切り欠きの部分が互いに平行に切り欠かれることで形成されるもので、その幅は駆動ばね４ａ〜４ｄや板ばね３ａ〜３ｄに対して十分大きな剛性を持った剛体となるように広く形成されている。
【０００９】
ところで、板ばね３ａ〜３ｄの板厚は、駆動ばね４ａ〜４ｄの板厚よりも厚く形成されており、板ばね３ａ〜３ｄの曲げ剛性は、駆動ばね４ａ〜４ｄの曲げ剛性よりも高い。
【００１０】
これらアーム部５ａ〜５ｄのうちアーム部５ａと５ｃとは、それぞれＸ軸方向に沿い、かつ略平行に形成されている。他のアーム部５ｂと５ｄとは、それぞれＹ軸方向に沿い、かつ略平行に形成されている。
【００１１】
従って、駆動ばね４ａ及びアーム部５ａの一体化した形状と駆動ばね４ｃ及びアーム部５ｃの一体化した形状とは、Ｘ軸を挟んで軸対称になっている。同様に、駆動ばね４ｂ及びアーム部５ｂの一体化した形状と駆動ばね４ｄ及びアーム部５ｄの一体化した形状とは、Ｙ軸を挟んで軸対称になっている。
【００１２】
各アーム部５ａ〜５ｄの他端部には、それぞれヒンジ部６ａ〜６ｄが形成されている。これらヒンジ部６ａ〜６ｄは、各アーム部５ａ〜５ｄが回動するときの支点として作用する。
【００１３】
アーム部５ａ側面のヒンジ部６ａ寄りの位置とアーム部５ｄ側面のヒンジ部６ｄ寄りの位置とには、それぞれ微動素子としての各圧電アクチュエータ７ａ、７ｂが設けられている。圧電アクチュエータ７ａは、アーム部５ａのＸ軸側で、ヒンジ部６ａよりもＹ軸側に設けられている。この圧電アクチュエータ７ａは、Ｙ軸方向に伸縮動作するもので、この伸縮動作によりアーム部５ａをヒンジ部６ａを支点として回動させる。
【００１４】
圧電アクチュエータ７ｂは、アーム部５ｄのＹ軸側で、ヒンジ部６ｄよりもＸ軸側に設けられている。この圧電アクチュエータ７ｂは、Ｘ軸方向に伸縮動作するもので、この伸縮動作によりアーム部５ｄをヒンジ部６ｄを支点として回動させる。
【００１５】
これら圧電アクチュエータ７ａ、７ｂは、図示しないアクチュエータ制御回路から印加される電圧値に応じて伸縮動作する。
【００１６】
このような構成の微動機構であれば、可動部２をＹ軸方向に微動させる場合、圧電アクチュエータ７ａに対して所定の電圧値が印加される。この圧電アクチュエータ７ａは、電圧印加によって伸縮するが、例えば伸びた場合には、アーム部５ａをヒンジ部６ａを支点として反時計回りに回動させる。このアーム部５ａの回動によって駆動ばね４ａが＋Ｙ方向に微動すると共に、この駆動ばね４ａに接続されている可動部２も＋Ｙ方向に微動する。
【００１７】
一方、可動部２をＸ軸方向に微動させる場合、圧電アクチュエータ７ｂに対して所定の電圧値が印加される。この圧電アクチュエータ７ｂは、電圧印加によって伸縮するが、例えば伸びた場合には、アーム部５ｄをヒンジ部６ｄを支点として時計回りに回動させる。このアーム部５ｄの回動によって駆動ばね４ｄが＋Ｘ方向に移動すると共に、この駆動ばね４ｄに接続されている可動部２も＋Ｘ方向に微動する。
【００１８】
従って、可動部２に搭載されているＣＣＤ等の撮像デバイスがＸ方向、Ｙ方向に微動することにより、画素ずらしによる高精細な撮像が可能になる。
【００１９】
一方、顕微鏡用デジタルカメラなどでは、蛍光観察撮影用などのより高感度なカメラが要求されている。高感度なカメラを実現する手段としては、例えばＣＣＤを冷却してＳＮ比を向上させる手法が用いられる。ＣＣＤの冷却手法としては、例えばペルチェ素子などの冷却素子を用いてＣＣＤを直接又は間接的に冷却する、いわゆるクールドＣＣＤと称する手法が用いられる。
【００２０】
【特許文献１】
特開平１１−２７５４０８号公報
【００２１】
【特許文献２】
特願２００１−２８７６００号
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上記微動機構は、いわゆるバネステージと称されるもので、その利点は、構造が簡単でスペースをとらず、かつ移動精度が高く、耐久性がよいことである。このような微動機構を用いた撮像装置は、高精細な画像データを取得するだけでなく、高感度な画像データを取得する場合、クールドＣＣＤの技術と併用される可能性が高い。このようにクールドＣＣＤの技術と併用されると、撮像装置には、放熱性能の問題が生じる。
【００２３】
図９は撮像装置の筐体を示す全体構成図である。撮像装置の筐体は、本体１０と中フタ１１と上フタ１２とからなる。本体１０と中フタ１１とにより形成される空間は、Ｏリング１３を介して完全に密閉され、例えば窒素ガスなどが充填される。これら本体１０と中フタ１１との空間内は、微動機構（以下、バネステージと称する）１４が設けられている。そして、このバネステージ１４の可動部２には、ＣＣＤ１５が搭載されている。このＣＣＤ１５の前方となる本体１０には、Ｃマウント１６が取り付けられ、光学レンズ１７が設けられている。
【００２４】
ＣＣＤ１５をペルチェなどの冷却素子１９により冷却するには、ＣＣＤ１５の裏側にヒートシンク１８を密着し、さらにヒートシンク１８に対して冷却素子１９を密着させる。冷却素子１９には、冷却面と発熱面とがあり、このうち冷却面がヒートシンク１８に密着され、発熱面が可動部２側に密着される。
【００２５】
従って、冷却素子１９に電圧を印加すると、冷却素子１９の冷却面からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却され、反対に冷却素子１９の発熱面によって可動部２は加熱される。
【００２６】
通常であれば、冷却素子１９の発熱面などの発熱部は、本体１０などの熱容量の大きい部分や、熱が外部に逃げやすい部分に接続して熱を逃す。
【００２７】
ところが、バネステージ１４の場合、ＣＣＤ１５を搭載する可動部２と、本体１に固定されるベース部１とが薄く形成された各駆動バネ４ａ〜４ｄ及び板ばね３ａ〜３ｄのみで連結され、かつベース部１と可動部２との間の殆どがアルミニウムなどの金属に比べて約１万分の１の熱伝導率しかない空気になっている。
【００２８】
このため、可動部２からベース部１への熱伝導性が非常に悪い。これにより、冷却素子１９の発熱面で発生した熱を逃がすことができずに逆流したり、本体１０で囲まれた内部に熱がこもったりして、結局効率良くＣＣＤ１５を冷却できず、クールドＣＣＤの機能を満足できない。
【００２９】
又、クールドＣＣＤを採用した撮像装置は、本体１０と中フタ１１とをＯリング１３などを介して完全に密閉し、ＣＣＤ１５の周囲の空気が外気に触れないようにし、場合によっては例えば窒素ガスなどを充填する。これはＣＣＤ１５の温度変化による結露を防止するためである。このような構造によりクールドＣＣＤを採用した撮像装置では、通常の放熱対策であるファン又はスリットを用いた外気との空気循環による冷却を全く行うことができないという制約がある。
【００３０】
そこで本発明は、バネステージを用いた画素ずらし方式を採用し、かつクールドＣＣＤを採用しても、ＣＣＤを効率よく冷却し、結露を防止し、高速で高精度な画素ずらしによる撮像を行える安価な撮像装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、可動部に設けられた撮像素子とからなる撮像装置において、微動機構における固定部と可動部との隙間に粘性を有する高熱伝導部材を充填したことを特徴とする撮像装置である。
【００３２】
本発明は、板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、可動部に設けられた撮像素子とを筐体内に収納してなる撮像装置において、可動部と筐体との間に弾性を有する高熱伝導部材を介在させたことを特徴とする撮像装置である。
【００３３】
本発明は、板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、可動部に設けられた撮像素子とからなる撮像装置において、微動機構における可動部と固定部との間を、これら可動部と固定部との隙間を跨いで高熱伝導部材により接続したことを特徴とする撮像装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図８及び図９と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００３５】
図１は撮像装置の筐体を示す全体構成図であり、図２は当該撮像装置に用いられるバネステージ１００の構成図である。
【００３６】
図２に示すバネステージ１００において、可動部２の中心部を通るＸ軸方向とＹ軸方向の各軸上には、それぞれ各駆動ばね２０ａ〜２０ｄが形成されている。これら駆動ばね２０ａ〜２０ｄは、図８に示す各駆動ばね４ａ〜４ｄの長さよりも短く形成されている。
【００３７】
これら駆動ばね２０ａ〜２０ｄには、それぞれアーム部２１ａ〜２１ｄの一端部が接続されている。これらアーム部２１ａ〜２１ｄのうちアーム部２１ａと２１ｄとは、略９０°折れ曲がったＬ字形状に形成されている。
【００３８】
すなわち、アーム部２１ａは、駆動ばね２０ａに対して略９０°曲がって−Ｘ方向に延びたアーム部片２１−１と、このアーム部片２１−１に対して略９０°曲がって＋Ｙ方向に延びたアーム部片２１−２とが一体的に形成されている。
【００３９】
アーム部２１ｄは、駆動ばね２０ｄに対して略９０°曲がって−Ｙ方向に延びたアーム部片２１−３と、このアーム部片２１−３に対して略９０°曲がって＋Ｘ方向に延びたアーム部片２１−４とが一体的に形成されている。
【００４０】
他の各アーム部２１ｂ及び２１ｃは、それぞれ板状に形成されている。
【００４１】
これらアーム部２１ａ〜２１ｄの先端部には、それぞれヒンジ部２２ａ〜２２ｄが形成されている。
【００４２】
アーム部２１ａと２１ｄとには、これらアーム部２１ａ、２１ｄの他端部（Ｌ型の開口内）に各圧電アクチュエータ７ａ、７ｂが設けられている。このうち圧電アクチュエータ７ａは、アーム部片２１−２に当接し、Ｘ軸方向に伸縮動作する。この圧電アクチュエータ７ａの伸縮動作によってアーム部２１ａがヒンジ部２２ａを支点として回動するものとなる。
【００４３】
圧電アクチュエータ７ｂは、アーム部片２１−４に当接し、Ｙ軸方向に伸縮動作する。この圧電アクチュエータ７ｂの伸縮動作によってアーム部２１ｄがヒンジ部２２ｄを支点として回動するものとなる。
【００４４】
従って、各圧電アクチュエータ７ａ、７ｂの各伸縮方向と可動部１１の移動方向とは、直交する。
【００４５】
ベース部１と可動部２との隙間には、高熱伝導部材２３が充填されている。この高熱伝導部材２３は、図面上では格子網掛けにより示す。この高熱伝導部材２３は、例えば高熱伝導グリス、又は高熱伝導ゲルなどである。この高熱伝導部材２３は、ある程度の粘性を有し、例えば傾けてもベース部１と可動部２との隙間から流れ落ちることはなく、かつ固体と違って圧電アクチュエータ７ａ、７ｂの伸縮によって可動部２等のバネステージ１００を構成する部分が動いても、当該動きを妨げる働きはしない。すなわち、高熱伝導部材２３は、可動部２が移動し、ベース部１と可動部２との隙間が狭くなったり、広くなっても、これらベース部１と可動部２との隙間から押し出されたり、伸ばされたりするだけで、可動部２の移動には全く影響を与えない。
【００４６】
一方、撮像装置の筐体は、図１に示すように本体１０と中フタ１１とにより形成される空間は、Ｏリング１３を介して空気漏れなどがないように完全に密閉され、例えば非常に乾燥した空気、又は窒素ガスなどの不活性ガスが充填される。
【００４７】
ＣＣＤ１５の前方となる本体１０には、Ｃマウント１６が取り付けられ、ここに撮像する像を取り込むための光学レンズ１７が配置されている。このＣマウント１６の上部は、空気を密閉するために防塵ガラスが内側から接着などの方法によつて密閉固定されている。
【００４８】
中フタ１１の下部には、図２に示すバネステージ１００が固定されている。このバネステージ１００は、ベース部１に設けられた例えば４ヶ所の孔３０を介して中フタ１１の下部にネジ止めされる。この場合、中フタ１１と接触するのは、ベース部１の外周から僅かな面であり、切欠きや可動部２の形成された部分は、中フタ１１の取り付け面側で逃げが設けられ、中フタ１１に直接接触しないようになっている。なお。この切欠きや可動部２の形成された部分が中フタ１１に接触すると、可動部２の正確な微動が出来なくなるばかりでなく、全く微動できなくなる。
【００４９】
バネステージ１００の可動部２には、例えば四隅にそれぞれネジを用いて各支柱３１を設けられている。これら支柱３１には、ＣＣＤ１５を実装した基板３２が設けられている。
【００５０】
基板３２におけるＣＣＤ１５に対応する部分には、裏面側から孔が開けられている。そして、これら孔を介してヒートシンク１８がＣＣＤ１５の裏面に接触している。このヒートシンク１８におけるＣＣＤ１５との接触面とは反対面には、冷却素子１９の冷却面が接触している。なお、ヒートシンク１８とＣＣＤ１５との接触面、及びヒートシンク１８と冷却素子１９との接触面には、それぞれ熱伝導グリスなどが塗布されて熱伝導率を高める工夫が講じられている。
【００５１】
これらＣＣＤ１５、ヒートシンク１８及び冷却素子１９の取り付けは、当該ＣＣＤ１５、ヒートシンク１８及び冷却素子１９を配置した後に、調整ネジ３３をＣＣＤ１５側にねじ込む。この調整ネジ３３のねじ込みは、ＣＣＤ１５、ヒートシンク１８、冷却素子１９及び調整ネジ３３がそれぞれ確実に密着するまで行なわれる。
【００５２】
中フタ１２の上部には、基板３４が設けられている。この基板３４には、例えばＣＣＤ１５の出力信号を処理して画像データを得る回路が形成されている。中フタ１１の上部には、上フタ１２が固定されている。この上フタ１２からは、撮像装置筐体の外部に基板３４に接続されたコネクタが導出される。このコネクタには、例えばパーソナルコンピュータが接続され、例えば撮像装置を制御したり、撮像した画像データを転送する。
【００５３】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００５４】
可動部２をＸ軸方向に微動させる場合、圧電アクチュエータ７ｂに対して所定の電圧値が印加される。この圧電アクチュエータ７ｂは、電圧印加によって伸縮するが、例えば伸びた場合には、アーム部２１ｄをヒンジ部２２ｄを支点として時計回りに回動させる。このアーム部２１ｄの回動に伴って駆動ばね２０ｄがＸ軸方向に移動し、これによって可動部１１は、Ｘ軸方向に微動する。
【００５５】
可動部２をＹ軸方向に微動させる場合も上記同様に、圧電アクチュエータ７ａの伸縮動作によってアーム部２１ａがヒンジ部２２ａを支点として回動し、これに伴って駆動ばね２０ａがＹ軸方向に移動し、これによって可動部２は、Ｙ軸方向に微動する。
【００５６】
このような可動部２の微動によりＣＣＤ１５をＸ方向、Ｙ方向に微動させて画素ずらしによる高精細な撮像を行うと、撮像による熱がＣＣＤ１５及びこのＣＣＤ１５を実装する基板３４から発生する。
【００５７】
これに対して冷却素子１９に電圧を印加することにより、当該冷却素子１９からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却される。
【００５８】
又、冷却素子１９の発熱面すなわち調整ネジ３３側は加熱されるが、ベース部１と可動部２との隙間には高熱伝導部材２３が充填されているので、冷却素子１９の発熱面からの熱は、可動部２から高熱伝導部材２３に伝導し、さらにベース部１から中フタ１１に伝導する。このときの熱の伝導は、可動部２から高熱伝導部材２３を介してベース部１、さらには中フタ１１が一体の金属になったようにスムーズに伝わる。
【００５９】
これと共に、可動部２以外のベース部１及び中フタ１１は熱容量が大きく、かつ中フタ１１は本体１０及び上フタ１２にも直接固定されているので、冷却素子１９から発生した熱は、可動部２からベース部１及び中フタ１１に伝導し、さらに中フタ１１や本体１０、上フタ１２から撮像装置筐体の外部に放出される。
【００６０】
この結果、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもることなく、クールドＣＣＤの機能を十分に発揮できる。
【００６１】
このように上記第１の実施の形態においては、画素ずらし方式の撮像装置におけるバネステージ１００のベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填したので、冷却素子１９の発熱面からの熱を可動部２から高熱伝導部材２３に伝導させ、さらにベース部１から中フタ１１に伝導させて撮像装置筐体の外部に放出できる。これにより、クールドＣＣＤを採用した撮像装置においてＣＣＤ１４を効率よく冷却できる。
【００６２】
これと共に、可動部２以外のベース部１及び中フタ１１は熱容量が大きく、かつ中フタ１１は本体１０及び上フタ１２にも直接固定されているので、冷却素子１９から発生した熱を撮像装置筐体の外部に放出できる。
【００６３】
この結果、高熱伝導部材２３を充填したことに加え、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもらず、ＣＣＤ１４をさらに効率よく冷却できる。
【００６４】
クールドＣＣＤを採用した撮像装置では、本体１０と中フタ１１とをＯリング１３などを介して完全に密閉し、ＣＣＤ１５の周囲の空気が外気に触れないようにし、さらに例えば窒素ガスなどを充填してＣＣＤ１５の温度変化による結露を防止しているが、このような構造の撮像装置であってもＣＣＤ１４を効率よく冷却し、結露を防止できる。
【００６５】
高熱伝導部材２３は、ある程度の粘性を有し、かつ固体と違って圧電アクチュエータ７ａ、７ｂの伸縮によって可動部２等のバネステージ１００を構成する部分が動いても、当該動きを妨げる働きはせず、可動部２の移動に全く影響を与えないので、バネステージ１００によりＣＣＤ１５を微動させ、画素ずらしよる高速で高精細な画像の撮像が可能である。又、高熱伝導部材２３は、例えば高熱伝導グリス、又は高熱伝導ゲルなどであり、容易に入手できる。
【００６６】
さらに、高熱伝導部材２３は、既存のバネステージ１００におけるベース部１と可動部２との隙間に充填するだけなので、冷却するための専用のスペースを作ることなく、かつ特別な部品も必要とせず、コンパクトで非常に安価にできる。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００６８】
図３は撮像装置の筐体を示す全体構成図である。可動部２中の調整ネジ３３の中フタ１１側には、高熱伝導シート４０が設けられている。この高熱伝導シート４０は、ゲル状の適度な弾性を持ったシートである。この高熱伝導シート４０は、調整ネジ３３の同一形状の円板状に形成されている。この高熱伝導シート４０は、厚み方向は勿論のこと、可動部２と中フタ１１との位置関係がバネステージ１００の可動部２の微動動作によって水平に移動しても、可動部２の微動動作に悪影響を与えないようなシートの厚さと柔らかさとを有する。
【００６９】
この高熱伝導シート４０の撮像装置筐体への組み込みは次の通り行なわれる。ベース部１には、ＣＣＤ１１、ヒートシンク１８、冷却素子１９が組み込まれ、これらが密着するように調整ネジ３３によりねじ込まれる。次に、中フタ１１が本体１０にネジ止めされるが、その前に、調整ネジ３３の中フタ１１側に高熱伝導シート４０が配置され、中フタ１１に対して高熱伝導シート４０を挟んで中フタ１１が本体１０にネジ止めにより固定される。高熱伝導シート４０が中フタ１１と本体１０との間に固定されたとき、高熱伝導シート４０は、若干潰れるように厚みが設定されている。
【００７０】
中フタ１１の中央部には、ベース部１の中央部つまり可動部２や切欠き部に対応する部分に逃げ部３５が設けられている。この逃げ部３５には、空気が存在し、加熱された可動部２の熱を直接逃せない構造になっている。
【００７１】
これに対して高熱伝導シート４０は、逃げ部３５の空気層を埋めて可動部２の熱を直接中フタ１１に伝導するようにする。
【００７２】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００７３】
可動部２の微動によりＣＣＤ１５をＸ方向、Ｙ方向に微動させて画素ずらしによる高精細な撮像を行うと、撮像による熱がＣＣＤ１５及びこのＣＣＤ１５を実装する基板３４から発生する。このとき冷却素子１９に電圧を印加すると、当該冷却素子１９からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却される。
【００７４】
一方、冷却素子１９の発熱面すなわち調整ネジ３３側は加熱されるが、中フタ１１と本体１０との間に高熱伝導シート４０が固定されているので、冷却素子１９の発熱面からの熱は、調整ネジ３３から高熱伝導シート４０に伝達し、さらに中フタ１１に伝導する。
【００７５】
これと共に高熱伝導シート４０は、逃げ部３５の空気層を埋めているので、加熱された可動部２の熱は、逃げ部３５内の高熱伝導シート４０から直接中フタ１１に伝導する。
【００７６】
この結果、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもることなく、中フタ１１や本体１０、上フタ１２から撮像装置筐体の外部に放出される。
【００７７】
このように上記第２の実施の形態においては、可動部２中の調整ネジ３３の中フタ１１側に高熱伝導シート４０を設けたので、冷却素子１９の発熱面からの熱や加熱された可動部２の熱は、高熱伝導シート４０を介してスムーズに中フタ１１に伝道し、撮像装置筐体の外部に放出できる。従って、クールドＣＣＤの機能を十分発揮でき、しかも画素ずらし方式のバネステージ１００による微動にも影響を与えない。
【００７８】
又、高熱伝導シート４０を中フタ１１と調整ネジ３３との間に固定する構造なので、非常に簡単な作業で撮像装置筐体の組み立てができる。従って、撮像装置筐体の組み立て工数を削減でき、コストを低下できる。
【００７９】
高熱伝導シート４０の熱伝導率は、当該高熱伝導シート４０の厚さ及び材質により決まるので、これら厚さ及び材質を均一に管理すれば容易に同一の熱伝導率の高熱伝導シート４０を得ることができる。従って、高熱伝導シート４０は、熱伝導率の性能に差がでることはなく、熱放出の性能を均一化できる。なお、高熱伝導シート４０の代わりにグリスを用いた場合も同様に、可動部２の熱は、グリスを介してスムーズに中フタ１１に伝導し、撮像装置筐体の外部に放熱できる。
【００８０】
又、高熱伝導シート４０であれば、冷却するための専用のスペースを作ることなく、かつ特別な部品も必要とせず、非常に安価にできる。
【００８１】
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００８２】
図４は撮像装置におけるバネステージの構成図である。このバネステージ１００は、ベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填せずに、ベース部１と可動部２との隙間を、これらベース部１と可動部２との隙間を跨いで複数の紐状高熱伝導部材４１により接続されている。
【００８３】
この紐状高熱伝導部材４１は、例えば弾性体により形成され、ベース部１と可動部２との間で互いに張力が働かないように、すなわち突っ張らないように接続されている。従って、紐状高熱伝導部材４１は、バネステージ１００の可動部２が微動動作しても、この可動部２の微動動作に悪影響を与えない。なお、この紐状高熱伝導部材４１の形状は、紐状に限らず、帯状に形成したり、又は断面積を増加して熱伝導性を高めてもよい。
【００８４】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００８５】
可動部２の微動によりＣＣＤ１５をＸ方向、Ｙ方向に微動させて画素ずらしによる高精細な撮像を行うと、撮像による熱がＣＣＤ１５及びこのＣＣＤ１５を実装する基板３４から発生する。このとき冷却素子１９に電圧を印加すると、当該冷却素子１９からヒートシンク１８を介してＣＣＤ１５が冷却される。
【００８６】
一方、冷却素子１９の発熱面すなわち調整ネジ３３側は加熱されるが、冷却素子１９の発熱面からの熱は、可動部２から複数の紐状高熱伝導部材４１をそれぞれ伝達し、さらに中フタ１１に伝導する。
【００８７】
この結果、冷却素子１９から発生した熱は、本体１０と中フタ１１により囲まれた内部にこもることなく、中フタ１１や本体１０、上フタ１２から撮像装置筐体の外部に放出される。
【００８８】
このように上記第３の実施の形態においては、バネステージ１００におけるベース部１と可動部２との隙間を複数の紐状高熱伝導部材４１により跨いで接続したので、上記第１の実施の形態と同様に、クールドＣＣＤの機能を十分発揮でき、しかもベース部１と可動部２との間で互いに突っ張らないように接続しているので、画素ずらし方式のバネステージ１００による微動にも影響を与えない。
【００８９】
又、紐状高熱伝導部材４１により接続する方法は、ベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填する方法よりもメンテナンスがし易い。
【００９０】
さらに、複数の紐状高熱伝導部材４１によりベース部１と可動部２との隙間を跨ぐが、ＣＣＤ１５を実装する基板３２の設置高さよりも高くならず、スペースの拡大には繋がらない。
【００９１】
なお、本発明は、上記第１乃至第３の実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【００９２】
さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００９３】
以下、他の実施の形態について説明する。
【００９４】
図５は撮像装置におけるバネステージの構成図である。なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。このバネステージは、図８に示すバネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填した構成である。この高熱伝導部材２３は、図面上では格子網掛けにより示す。
【００９５】
このようなバネステージであれば、既存のバネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填するだけで、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００９６】
図６は撮像装置におけるバネステージの構成図であって、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００９７】
このバネステージは、上記図５に示すバネステージと相違するところを説明すると、各駆動ばね１３ｂ、１３ｃ及び各アーム部１４ｂ、１４ｃを無くし、かつ各駆動ばね１３ａ、３ｄの可動部１１への接続位置を中心からそれぞれ距離Ｌｘ、Ｌｙだけずらしたところである。
【００９８】
このバネステージにおいてもベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填した構成である。
【００９９】
このようなバネステージであっても、当該バネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填するだけで、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１００】
図７は撮像装置におけるバネステージの構成図であって、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１０１】
このバネステージは、上記図２に示すバネステージと相違するところを説明すると、各駆動ばね２０ｂ、２０ｃ及び各アーム部２１ｂ、２１ｃを無くし、かつ各駆動ばね２０ａ、２０ｄの可動部２への接続位置を中心からそれぞれ距離Ｌｘ、Ｌｙだけずらしたところである。
【０１０２】
このようなバネステージであれば、可動部２をＸ軸方向に移動させる場合、圧電アクチュエータ７ｂに対して所定の電圧値が印加されると、この圧電アクチュエータ７ｂは、伸縮し、アーム部２１ｄをヒンジ部２２ｄを支点として回動させる。このアーム部２１ｄの回動に伴って駆動ばね２０ｄがＸ軸方向に移動し、これによって可動部２は、Ｘ軸方向に微動する。Ｙ軸方向への微動についても同様な理由により、可動部１１は、回動動作が殆ど無くＹ軸方向に微小移動可能である。
【０１０３】
このバネステージにおいてもベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填した構成である。従って、このバネステージにおけるベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填するだけで、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１０４】
又、上記第１の実施の形態では、バネステージ１００のベース部１と可動部２との隙間に高熱伝導部材２３を充填し、上記第２の実施の形態では、可動部２中の調整ネジ３３の中フタ１１側に高熱伝導シート４０を設け、上記第３の実施の形態では、ベース部１と可動部２との隙間を複数の紐状高熱伝導部材４１により跨いで接続しているが、これら実施の形態を互いに組み合わせてもよい。これにより、熱の放出をより向上できる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、バネステージを用いた画素ずらし方式を採用し、かつクールドＣＣＤを採用しても、ＣＣＤを効率よく冷却し、結露を防止し、高速で高精度な画素ずらしによる撮像を行える安価な撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる撮像装置の第１の実施の形態を示す筐体の全体構成図。
【図２】本発明に係わる撮像装置の第１の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図３】本発明に係わる撮像装置の第２の実施の形態を示す筐体の全体構成図。
【図４】本発明に係わる撮像装置の第３の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図５】本発明に係わる撮像装置の他の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図６】本発明に係わる撮像装置の他の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図７】本発明に係わる撮像装置の他の実施の形態におけるバネステージの構成図。
【図８】従来の撮像装置の画素ずらし方式に用いられる微動機構の構成図。
【図９】従来の撮像装置の筐体を示す全体構成図。
【符号の説明】
１：ベース部、
２：可動部
７ａ，７ｂ：圧電アクチュエータ
１０：本体
１１：中フタ
１２：上フタ
１３：Ｏリング
１５：ＣＣＤ
１６：Ｃマウント
１７：光学レンズ
１８：ヒートシンク
１９：冷却素子
１００：バネステージ
２０ａ〜２０ｄ：駆動ばね
２１ａ〜２１ｄ：アーム部
２１−１〜２１−４：アーム部片
２３：高熱伝導部材
３０：孔
３１：支柱
３２：基板
３３：調整ネジ
３４：基板
３５：逃げ部
４０：高熱伝導シート
４１：紐状高熱伝導部材
Claims (5)
- 板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び前記可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、前記可動部に設けられた撮像素子とからなる撮像装置において、
前記微動機構における前記固定部と前記可動部との隙間に粘性を有する高熱伝導部材を充填したことを特徴とする撮像装置。 - 板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び前記可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、前記可動部に設けられた撮像素子とを筐体内に収納してなる撮像装置において、
前記可動部と前記筐体との間に弾性を有する高熱伝導部材を介在させたことを特徴とする撮像装置。 - 板状の固定部、この固定部にバネ部を介して接続された可動部及び前記可動部を微小移動させる微動素子を有する微動機構と、前記可動部に設けられた撮像素子とからなる撮像装置において、
前記微動機構における前記可動部と前記固定部との間を、これら可動部と固定部との隙間を跨いで高熱伝導部材により接続したことを特徴とする撮像装置。 - 前記高熱伝導部材は、前記固定部と前記可動部との隙間から流れ落ちることはなく、前記可動部の移動には影響を与えない粘性を有している、請求項１に記載の撮像装置。
- 前記高熱伝導部材は、前記可動部の動作に影響を与えない柔らかさを有している、請求項２に記載の撮像装置。
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