JP4341260B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCDなどの撮像素子の冷却構造を有するデジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、CCDの冷却構造としてペルチェ素子を用いたものが知られている(例えば特許文献1参照)。これによれば、CCD、ペルチェ素子、伝熱部材、および放熱部材を順番に配置し、CCDからの熱をペルチェ素子で吸収するとともに、熱伝導によりペルチェ素子から伝熱部材、放熱部材を介してカメラ筐体に伝熱し、外部に放熱する。また、放熱部材の表面を板ばねで押圧し、CCDから放熱部材に至る部品の密着性を高める。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−37161号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報記載のものは、カメラ筐体に外力が掛かると、放熱部材を伝わってCCDへその外力が直接伝わり、CCDを損傷するおそれがある。
【0005】
本発明は、カメラ筐体に加わった外力が撮像素子へ直接作用することのないデジタルカメラを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデジタルカメラは、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子に当接し、撮像素子から吸熱するペルチェ素子と、第1の筐体と第2の筐体からなり、第1の筐体と第2の筐体により囲まれた空間内に撮像素子とペルチェ素子とを収容し、これら撮像素子とペルチェ素子を空間内で固定する内側固定部を第1の筐体に有するカメラ筐体と、ペルチェ素子と第2の筐体との間に設けられ、第2の筐体に当接してペルチェ素子から第2の筐体に伝熱するとともに、第1の筐体との間で撮像素子とペルチェ素子の周囲に密閉空間を形成する密閉部材を有する伝熱部材とを備え、伝熱部材は、伝熱部材と第2の筐体との間に介装されてカメラ筐体に加わった外力がペルチェ素子および撮像素子に作用するのを吸収する外力吸収体を有することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図3を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本実施の形態に係わるデジタルカメラの要部断面図であり、図2はレンズマウント側から見たカメラの平面図(図1の矢視II図)である。このカメラは例えば顕微鏡に装着され、顕微鏡で観察される像を撮像素子としてのCCDに取り込み、ディスプレイなどに表示する。
【0008】
ところで、CCDには周囲温度に比例したノイズが発生し、このノイズによりダイナミックレンジが狭められる。とくに生物組織の蛍光観察等、励起光の照射により標本から発せられた蛍光を観察する場合には、ノイズの影響が無視できない。本実施の形態では、以下のような冷却構造をカメラに設け、CCDからのノイズを低減する。
【0009】
図1,2に示すように、本実施の形態のデジタルカメラは、レンズマウント1と、レンズマウント1側のカバー2(以下、下カバーと呼ぶ)と、コネクタ側のカバー3(以下、上カバーと呼ぶ)とを備える。レンズマウント1と下カバー2はボルト11により締結され、下カバー2と上カバー3はボルト12により締結されている。カバー2,3は、例えばアルミダイキャストによって成形された素材にねじ孔などを加工して形成される。なお、本実施の形態では図1に示すように上下方向を定義し、以下、この定義に基づいて各部品の配置を説明する。
【0010】
下カバー2の内側には、部品取付用のベース部2Aがカバー部2Bと一体に設けられ、カバー部2Aとベース部2Bの間には周方向にわたって空隙が設けられている。レンズマウント1とベース部2Aの中央には、それぞれ上下方向に貫通孔1a,2aが開口されている。貫通孔2aは、ベース部2Aの板厚中央からレンズマウント1側および上カバー3側に向けて孔径が大きくなるように段付き状に形成され、貫通孔2aの内側には、貫通孔2aを塞ぐようにIRカットフィルタ13が装着されている。
【0011】
フィルタ13はゴム部材14を介してベース部2Aの端面にボルト15により固定され、フィルタ13とベース部2Aとの接触面はシールされている。フィルタ13の上方には、貫通孔2aを塞ぐようにゴムシート16を介してCCD17が装着されている。フィルタ13とCCD17の間には空間R1が設けられ、CCD17の外周面とベース部2Aの内周面との間には空間R2が設けられている。ゴム部材14およびゴムシート16の中央には、顕微鏡からの光束をCCD17に導くように略矩形状の孔Hが開口されている。
【0012】
CCD17の上面には、CCD17と表面形状がほぼ等しいペルチェ素子18が、密接している。ペルチェ素子18は基板19の中央を貫通し、基板19により水平方向の位置が規制されている。基板19はベース部2Aの上面にボルト29により固定され、基板19とベース部2Aとの接触面はOリング20によりシールされている。CCD17とペルチェ素子18は基板19に電気的に接続され、基板19を経由してCCD17およびペルチェ素子18に電力が供給されるとともにCCD17からの信号が出力される。
【0013】
基板19の上面には、熱伝導性のよい材料(例えばアルミなど)によって構成された密閉部材22が、基板19を覆うように設けられている。密閉部材22はベース部2Aの上面にボルト23により固定され、基板19と密閉部材22との接触面はOリング21によりシールされている。密閉部材22は上方および下方にそれぞれ中実状の膨出部22a,22bを有する。膨出部22bの周囲は、Oリング21よりも内径側が凹状に形成され、基板19と密閉部材22との間には空間R3が設けられている。膨出部22bとペルチェ素子18の表面形状はほぼ等しい。
【0014】
膨出部22bとペルチェ素子18の間には、熱伝導性のよいシリコングリースあるいはグラファイト24が塗布されあるいは介在し、密閉部材22とペルチェ素子18はシリコングリースあるいはグラファイト24を介して密着されている。これによりCCD17が密閉部材22によって下方に押し付けられ、CCD17の光軸方向の位置が規制される。また、個々のペルチェ素子18の高さ方向の寸法にばらつきがあっても、そのばらつきはゴムシート16の厚みにより吸収される。したがって、密閉部材22の取り付け時に、CCD17に無理な力を作用させることなくCCD17とペルチェ素子18、およびペルチェ素子18と密閉部材22の密着性を高めることができる。
【0015】
上述したフィルタ13とCCD17間の空間R1、およびCCD17の周囲の空間R2は、ベース部2Aに設けられた連通孔2bを介して連通している。また、空間R2と密閉部材22の下部の空間R3は、基板19に設けられた貫通孔(ペルチェ素子18の貫通部の隙間等)を介して連通している。これにより空間R1,R2,R3は全体で密閉空間を形成し、この密閉空間にCCD17が収容される。密閉空間には窒素ガスなどの乾燥気体を封入し、CCD17を冷却する際に結露の発生を防止する。
【0016】
密閉部材22の上端面は、熱伝導性がよく、かつ、弾力性あるジェル状のシリコンシート25を介して上カバー3の内側上端面に当接している。これにより上カバー3を下カバー2にボルト止めした際に、図示のようにシリコンシート25が押し潰され、シリコンシート25を介して密閉部材22と上カバー3が密着する。したがって、例えば密閉部材22が設計値よりも大きめに形成され、上カバー22が設計値よりも小さめに形成された場合、その寸法誤差はシリコンシート25により吸収される。そのため、上カバー3により密閉部材22が押されて、密閉部材22に過大な外力が作用することを防止できる。その結果、密閉部材25の下方向への変形を阻止することができ、CCD17に外力が作用することを防止できる。なお、上カバー3の内側上端面にはシリコンシート25の位置を規制するためのガイド3bが設けられている。
【0017】
また、上カバー3の内側には、基板19と向き合うように基板26がボルト27により取り付けられている。基板26には上カバー3を貫通してコネクタ28が設けられている。カメラを組み立てる際には、まず、下カバー2にCCD17,フィルタ13,ペルチェ素子18,基板19,密閉部材22などを固定し、上カバー3に基板26を固定する。次いで、レンズマウント1に下カバー2を締結するとともに、下カバー2に上カバー3を締結する。このカバー2,3の締結の際、基板26と基板19のコネクタCN同士(図3参照)が接続される。これによりCCD17からの信号は基板19,基板26,およびコネクタ28を介して外部に出力される。
【0018】
このような構成のカメラにおいて、CCD17は以下のように冷却される。
ペルチェ素子18に電力を供給すると、ペルチェ効果によってペルチェ素子18の下面側が吸熱面、上面側が放熱面となる。これによりCCD17はペルチェ素子18によって吸熱され、冷却される。また、CCD17はペルチェ素子18との接触面を除き、大部分を熱伝導率の低い空気層で覆われているため、冷却の際にCCD17へ熱が回り込むことを防止できる。なお、CCD17の温度をδ0、ペルチェ素子18の下端部(CCD17との接触部)の温度をδ2、ペルチェ素子18の上端部(シリコングリースあるいはグラファイト24との接触部)の温度をδ3とすると、δ0>δ1,δ2>δ1の関係が成立する。
【0019】
ペルチェ素子18からの熱は密閉部材22,シリコンシート25を介して上カバー3へ流れ、外部に放熱される。このとき、密閉部材22,シリコンシート25,上カバー3の温度をそれぞれδ3,δ4,δ5とすると、δ2>δ3>δ4>δ5の関係が成立する。
【0020】
この場合、ペルチェ素子18と密閉部材22はシリコングリースあるいはグラファイト24を介して表面全体で密着するので、ペルチェ素子18から密閉部材22への伝熱性が向上する。また、密閉部材22と上カバー3はそれぞれシリコンシート25に密着するので、密閉部材22から上カバー3への伝熱性が向上し、CCD17の冷却が促進される。
【0021】
上述した構成によれば以下のような作用効果を奏する。
(1)カバー2,3内に収容されたCCD17の上方にペルチェ素子18と密閉部材22を配置し、密閉部材22と上カバー3の間に弾力性あるジェル状のシリコンシート25を配置するようにした。その結果、シリコンシート25を介して密閉部材22と上カバー3が密着し、密閉部材22から上カバー3への伝熱性が高まり、CCD17の冷却性が向上する。また、上カバー3に対し密閉部材22の寸法がずれていても、その寸法のずれをシリコンシート25が吸収し、上カバー3からCCD17に外圧が作用してCCD17が損傷することを防止できる。すなわち、シリコンシート25が、密閉部材22からの熱を低温部(上カバー3)へ導く伝熱部材として機能するとともに、CCD17に作用する外力を吸収する外力吸収部材としても機能するので、伝熱部材と外力吸収部材を別々に設ける必要がない。したがって、部品点数を低減することができるとともに、部品の配置スペースを節約することができ、CCD17を効率的に冷却できる。
【0022】
(2)ペルチェ素子18と密閉部材22の間にシリコングリースあるいはグラファイト24を塗布あるいは介在するようにしたので、ペルチェ素子18と密閉部材22がシリコングリースあるいはグラファイト24を介して密着し、ペルチェ素子18から密閉部材22への伝熱性が高まるとともに、ペルチェ素子18の寸法誤差をゴムシート16により吸収することができる。
(3)密閉部材22やOリング20,21等によりカバー2,3の内側に密閉空間を形成し、この密閉空間にCCD17を収容するようにしたので、CCD17を結露から保護することができる。
【0023】
(4)CCD17の周囲に空間R1,R2を形成し、CCD17を空気層あるいはN2層で覆うようにしたので、CCD17への熱の回り込み(入熱)を防ぐことができる。
(5)CCD17とその上方の上カバー3との間にペルチェ素子18と密閉部材22を配置したので、CCD17から上カバー3への伝熱経路が短くなり、CCD17の冷却性を高めることができる。
(6)CCD17、ペルチェ素子18、密閉部材22、シリコンシート25、および上カバー3の表面形状をほぼ同等に形成し、それぞれが表面全体で接触するようにしたので、各接触部における伝熱性が向上する。
(7)密閉部材22を、ペルチェ素子18との接触面からシリコンシート25との接触面にかけて中実状に形成したので、密閉部材22で熱の流路が絞られることがなく、伝熱性が向上する。
(8)下カバー2と上カバー3にそれぞれ基板19,26を固定し、下カバー2に上カバー3を締結することでコネクタCN(コネクタCNは密閉部材22の外側に配置している)を介して基板19と26を接続するようにしたので、組立性もよい。
【0024】
以上では、冷却構造を有するカメラについて説明した。上述したカバー2,3は、アルミダイキャストによる成型品を素材とするが、この素材は冷却構造を必要としないカメラ(例えば顕微鏡で明視野観察を行う場合)にも流用することができる。
【0025】
図3は、冷却構造を有しないデジタルカメラの要部断面図である。なお、図1と同一の箇所には同一の符号を付し、図1との相違点を主に説明する。図3に示すように、カバー2,3の内側にはCCD17や基板19,26が設けられているが、ペルチェ素子18,密閉部材22,シリコンシート25,Oリング20,21などは設けられていない。CCD17と基板19の間にはアルミ製のスペーサ31が介装され、基板19はボルト32によりベース部2Aの上端面に固定されている。これによりスペーサ31を介して基板19からCCD17が押さえ付けられ、CCD17の光軸方向の位置が規制される。なお、ボルト32は図1のボルト29よりも内径側のねじ孔に螺合されている。ベース部2Aの上端面にはOリングを組み込まない。
【0026】
本実施の形態では、密閉部材22やペルチェ素子18を内包するようにカバー2,3を形成したので、これらを取り除いた状態でもカバー2,3同士を締結することができる。これにより同一素材からなるカバー2,3を用いて冷却構造/非冷却構造のカメラをそれぞれ構成することができ、部品の共通化によりコスト削減を図ることができる。
【0027】
なお、上記実施の形態では、シリコングリースあるいはグラファイト24,密閉部材22,シリコンシート25を伝熱部材として用いたが、ペルチェ素子18からの熱をカバー3に伝熱するとともに、CCD17に作用する外力を吸収するような弾力性ある物質を介在させるのであれば、伝熱部材としての構成は上記実施の形態に限らない。外力吸収体としてゼリー状のシリコンシート25を用いたが、熱伝導性のよい他の軟性の材料により外力吸収体を構成してもよい。第1の筐体,第2の筐体として下カバー2,上カバー3を用いたが、カバー形状は上記のものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の顕微鏡用のカメラに限定されない。
【0028】
【発明の効果】
本発明では、ペルチェ素子からの熱を伝熱部材を介してカメラ筐体に伝熱するとともに、伝熱部材が撮像素子に作用する外力を吸収する外力吸収体としても機能するようにしたので、カメラ筐体に加わる外力により撮像素子が損傷することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係わる冷却構造を有するデジタルカメラの要部断面図。
【図2】図1の矢視II図。
【図3】本発明の実施の形態に係わる冷却構造を有しないデジタルカメラの要部断面図。
【符号の説明】
1 レンズマウント 2 カバー
3 カバー 17 撮像素子
18 ペルチェ素子 20,21 Oリング
22 密閉部材 24 シリコングリース
25 シリコンシート
Claims (4)
- 被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子に当接し、前記撮像素子から吸熱するペルチェ素子と、
第1の筐体と第2の筐体からなり、前記第1の筐体と前記第2の筐体により囲まれた空間内に前記撮像素子とペルチェ素子とを収容し、これら撮像素子とペルチェ素子を前記空間内で固定する内側固定部を前記第1の筐体に有するカメラ筐体と、
前記ペルチェ素子と前記第2の筐体との間に設けられ、前記第2の筐体に当接して前記ペルチェ素子から前記第2の筐体に伝熱するとともに、前記第1の筐体との間で前記撮像素子と前記ペルチェ素子の周囲に密閉空間を形成する密閉部材を有する伝熱部材とを備え、
前記伝熱部材は、前記伝熱部材と前記第2の筐体との間に介装されて前記カメラ筐体に加わった外力が前記ペルチェ素子および前記撮像素子に作用するのを吸収する外力吸収体を有することを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項1に記載のデジタルカメラにおいて、
前記外力吸収体は、前記第2の筐体の内側表面に密着するように押し潰される軟性材料からなることを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項2に記載のデジタルカメラにおいて、
前記ペルチェ素子と前記伝熱部材の間に密着するように介装される軟性材料からなる第2の外力吸収体を更に有することを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のデジタルカメラにおいて、
前記第1の筐体の内側固定部には前記撮像素子に光束を導くように開口部が設けられ、この開口部を介して前記撮像素子に対向するようにフィルタが設けられることを特徴とするデジタルカメラ。
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