JP4434859B2

JP4434859B2 - カメラ

Info

Publication number: JP4434859B2
Application number: JP2004196169A
Authority: JP
Inventors: 晃永松; 行男冠城; 浩司村田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006014248A

Description

この発明は撮像素子を備えるカメラに関する。

従来、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）と、このＣＣＤを冷却するペルチェ素子と、ＣＣＤとペルチェ素子とを収容する密閉空間を形成する第１、第２のカバーと、第１のカバーと第２のカバーとの接合面に配置された、シール部材としてのＯリングとを備えるカメラは公知である（特開平６−４５５７０号公報参照）。
特開平６−４５５７０号公報

ＣＣＤを冷却することによってその性能を維持することができるが、外気が高温・多湿の場合にＣＣＤを冷却すると、ＣＣＤの撮像面に結露が生じ、画像がぼける等の不具合が生じることがある。

そこで、密閉空間の密閉率を向上させたり、窒素等の気体を封入したりすることによって密閉空間内の湿度の上昇を抑え、それによって結露を防止していた。

しかし、例えばＯリングは経年変化によって劣化する。また、温度変化による膨張・収縮の繰り返しによってＯリングとカバーとの間に空隙が生じたり、Ｏリング自体に微小な通気孔が生じたりする。そのため、Ｏリング等のシール部材によって密閉空間内への外気の侵入を完全に阻止することは難しい。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は密閉空間に侵入した水蒸気による悪影響を防止することができるカメラを提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、密閉空間に収容される撮像素子と、この撮像素子を冷却する冷却手段とを備えているカメラにおいて、前記撮像素子の前記冷却手段によって冷却される部位の近傍に生じる水滴を吸収する吸収部材を備え、前記吸水部材は、前記撮像素子及び前記冷却手段とともに前記密閉空間内に配置され、前記密閉空間内に存在する水分の吸収及び蒸発を行い、前記密閉空間内で前記吸水部材と前記吸水部材の周囲の空間との間で水分を循環させることを特徴とするカメラ。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のカメラにおいて、前記吸水部材は、前記冷却手段及び前記撮像素子の少なくとも一方に接触していることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のカメラにおいて、前記吸水部材の一端と他端とは温度差を有し、前記撮像素子及び前記冷却手段の少なくとも一方に近い前記一端の温度は前記他端の温度より低いことを特徴とする。

この発明のカメラによれば、密閉空間に侵入した水蒸気による悪影響を防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係るカメラのＣＣＤを収容する密閉容器の断面を示す概念図である。

カメラの外観となる密閉容器は第１の筐体１８と第２の筐体１９とで形成されている。

密閉容器内には第１の筐体１８と光学フィルタ１６と基板２１と伝熱部材１４とによってＣＣＤ（撮像素子）１１とペルチェ素子（冷却手段）１３とを収容する密閉空間１０が形成されている。

光学フィルタ１６は部材２０によって第１の筐体１８の下部に圧接されている。第１の筐体１８と光学フィルタ１６との接合面にはＯリング１７Ａが配置されている。

基板２１はＣＣＤ１１及びペルチェ素子１３に電力を供給するとともに、ＣＣＤ１１で得られた画像信号を外部に出力するために使用される。

基板２１は第１の筐体１８と伝熱部材１４とで挟持されている。伝熱部材１４はビス２２によって第１の筐体１８に接合されている。

基板２１と第１の筐体１８との接合面にはＯリング１７Ｂが配置されている。また、基板２１と伝熱部材１４との接合面にはＯリング１７Ｃが配置されている。

上記のように形成された密閉空間１０の内部は一旦減圧状態にされ、そこに窒素等の気体が封入される。ただ、Ｏリング１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの経年変化等による空隙の発生によって密閉空間１０内に外気が侵入する場合がある。

伝熱部材１４の一端面は伝熱シート１５Ａを介してペルチェ素子１３の一端面に圧接されている。また、伝熱部材１４の他端面は伝熱シート１５Ｂを介して第２の筐体１９に圧接されている。

図２は図１の部分拡大図である。

ペルチェ素子１３は基板２１に実装されている。

ペルチェ素子１３の他端面にはＣＣＤ１１が伝熱シート１５Ｃを介して取り付けられている。ＣＣＤ１１が所定温度以下になるようにペルチェ素子１３への供給電流が制御される。

ＣＣＤ１１を包囲するように吸水部材１２が配置されている。吸水部材１２はＣＣＤ１１及びペルチェ素子１３に接触する。なお、吸水部材１２は両面テープ（図示せず）によって基板２１に貼り付けられている。

吸水部材１２には特殊ウレタンスポンジ（例えばソフラス（商標）・Ｈタイプ（アイオン株式会社））、和紙、不織布等が用いられる。

ペルチェ素子１３に電流を供給したとき、ペルチェ効果によって伝熱シート１５Ａを介して伝熱部材１４が加熱される。伝熱部材１４の熱は伝熱シート１５Ｂ及び第２の筐体１９を介して密閉容器外に放熱される。

また、ペルチェ効果によってＣＣＤ１１で発生した熱が吸収され、ＣＣＤ１１が冷却される。密閉空間１０の水蒸気が飽和状態となったとき、水蒸気が凝結し、水滴が生じる。この水滴はＣＣＤ１１とペルチェ素子１３とが接触する部位（密閉空間１０の内部で最も温度が低い部位）の近傍に付着する。

上述したように吸水部材１２はＣＣＤ１１及びペルチェ素子１３を包囲し、しかもそれらに接触しているので、水滴は吸水部材１２によって吸収される。

この実施形態によれば、経年変化によってＯリングが劣化し、発生した空隙から密閉空間１０内に外気が侵入してＣＣＤ１１の近傍に水滴が付着しても、水滴は吸水部材１２に吸収されるので、結露を防止することができる。

また、吸水部材１２は密閉空間１０内に配置されており、吸水部材１２のペルチェ素子１３から遠い部位（他端）とペルチェ素子１３に近い部位（一端）との温度差によって水分は密閉空間１０内を循環する（吸水部材１２に吸収された水分は蒸発して水蒸気となる）。

このとき、吸水部材１２のペルチェ素子１３から遠い部位はペルチェ素子１３に近い部位よりも相対的に高温になる。密閉空間１０内でペルチェ素子１３の近傍の温度が近傍以外の場所より低温になることに伴い、吸水部材１２にも温度差が生じるからである。

吸水部材１２の水分の蒸発に伴って密閉空間１０内の水蒸気圧が上昇し、その水蒸気圧と外気圧とが平衡状態になると、密閉空間１０内に新たに外気が侵入しなくなるため、密閉空間１０内に水滴が発生しなくなる。

図３はこの発明の第２実施形態に係るカメラのＣＣＤを収容する密閉容器の断面を示す概念図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

密閉容器は筐体３２とホルダ３０とで構成されている。

密閉容器内には筐体３２と光学フィルタ１６とによってＣＣＤ１１とペルチェ素子１３とを収容する密閉空間４０が形成されている。

光学フィルタ１６はホルダ３０によって筐体３２の下部に圧接されている。筐体３２と光学フィルタ１６との接合面にはＯリング１７が配置されている。

基板３１はＣＣＤ１１及びペルチェ素子１３に電力を供給するとともに、ＣＣＤ１１で得られた画像信号を外部に出力するために使用される。基板３１は筐体３２に支持部材３３Ａ，３３Ｂを介して支持されている。

伝熱部材３４の一端面は伝熱シート３５Ａを介してペルチェ素子１３の一端面に圧接されている。また、ペルチェ素子１３の他端面は伝熱シート３５Ｂを介して筐体３２に圧接されている。

伝熱部材３４の他端面には基板３１に実装されたＣＣＤ１１が取り付けられている。

伝熱部材３４を包囲するように吸水部材１２が配置されている。吸水部材１２はＣＣＤ１１に接触する。この実施形態ではペルチェ素子１３と伝熱部材３４とで冷却手段が構成される。なお、吸水部材１２は両面テープ（図示せず）によって基板３１に貼り付けられている。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、上記各実施形態では、吸水部材１２をＣＣＤ１１に接触させるようにしたが、必ずしも両者を接触させる必要はなく、ＣＣＤ１１やペルチェ素子１３に対して水滴を吸着可能な空隙を介して吸水部材１２を配置してもよい。

図４はこの発明の第３実施形態に係るカメラのペルチェ素子の拡大断面を示す概念図である。

第３実施形態の構成と第１実施形態の構成とはペルチェ素子及び吸水部材１１２を除いて同じであるので、同一構成部分についての説明を省略する。

ペルチェ素子１１３は２種の金属の組合せからなる回路１１３Ａをセラミック板１１３Ｂとセラミック板１１３Ｂとで挟み込んで形成されている。回路１１３Ａに流す電流の方向によってペルチェ素子１１３の吸熱側と加熱側とが決められる。

加熱側のセラミック板１１３Ｃには伝熱部材１４が伝熱シート１５Ａを介して取り付けられる（図１参照）。

また、吸熱側のセラミック板１１３ＢにはＣＣＤ１１が伝熱シート１５Ｃを介して取り付けられる（図１参照）。

吸熱側のセラミック板１１３Ｂは加熱側のセラミック板１１３Ｃより大きい。セラミック板１１３Ｂには水滴を吸い取るための吸水部材１１２が回路１１３Ａを包囲するように配置されている。

吸水部材１１２と回路１１３Ａとの間には空隙がある。吸水部材１１２はペルチェ素子１１３を製造する際に形成される。

吸水部材１１２はセラミック基板１１３Ｂに吸水性を有する樹脂ポリマ等を吹き付けて固めることによって形成される。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、吸水部材１１２がペルチェ素子１１３の製造時にセラミック基板１１３Ｂに形成されるので、組立作業の工数を削減できる。

また、カメラの組立時、吸水部材１２を手作業で基板２１に貼り付けるため、その作業を円滑に行なうには吸水部材１２を密閉空間１０に対して要求される大きさ以上にする必要がある。これに対し、この実施形態では、吸水部材１１２がペルチェ素子１１３の製造時にこれと一体に形成されるので、吸水部材１１２を基板２１に貼り付ける必要がない。その結果、密閉空間１０の容積を小さくすることができる。

なお、吸水部材１１２を回路１１３Ａに接触させるようにしてもよい。

また、吸水部材１１２の材料として樹脂ポリマに代え、第１実施形態と同様のものを用いてもよい。この場合、吸水部材１１２を接着剤又は両面テープでセラミック基板１１３Ｂに固定する。

図５はこの発明の第４実施形態に係るカメラのＣＣＤを収容する密閉容器の断面を示す概念図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

密閉容器は筐体２３２とホルダ２３０とで構成されている。

密閉容器内には筐体２３２と光学フィルタ２１６とによってＣＣＤ１１とペルチェ素子１３とを収容する密閉空間２４０が形成されている。筐体２３２と光学フィルタ２１６との接合面にはＯリング２１７が配置されている。

光学フィルタ２１６とＣＣＤ１１とは空隙を介して対向する。光学フィルタ２１６はホルダ２３０によって筐体２３２の下部に圧接されている。

また、光学フィルタ２１６の一方の面（密閉空間２４０側の面）には吸水部材２１２，２１３が配置されている。

吸水部材２１２は光路を遮らないように環状に形成されている。吸水部材２１２の外周面は筐体２３２の内周面に接触している。吸水部材２１２は両面テープ（図示せず）等によって光学フィルタ２１６に貼り付けられている。

吸水部材２１３はＯリング２１７の内側に密閉空間２４０を包囲するように配置されている。吸水部材２１３は筐体２３２と光学フィルタ２１６とによって圧縮されている。吸水部材２１３は筐体２３２、光学フィルタ２１６及びＯリング２１７に接触している。

吸水部材２１２，２１３の材料としては第１実施形態と同様のものを用いることができる。

基板２３１はＣＣＤ１１及びペルチェ素子１３に電力を供給するとともに、ＣＣＤ１１で得られた画像信号を外部に出力するために使用される。基板２３１は筐体２３２に支持部材２３３Ａ，２３３Ｂを介して支持されている。

伝熱部材２３４の一端面は伝熱シート２３５Ａを介してペルチェ素子１３の一端面に圧接されている。また、ペルチェ素子１３の他端面は伝熱シート２３５Ｂを介して筐体２３２に圧接されている。

伝熱部材２３４の他端面には基板２３１に実装されたＣＣＤ１１が取り付けられている。この実施形態ではペルチェ素子１３と伝熱部材２３４とで冷却手段が構成される。

ペルチェ素子１３への電流の供給が停止されたとき、ＣＣＤ１１のペルチェ素子１３によって冷却される部位の温度が次第に上昇し、密閉空間２４０内で光学フィルタ２１６の温度が最も低くなる。そのため、光学フィルタ２１６の一方の面に水滴が付着する。

上述したように吸水部材２１２,２１３は光学フィルタ２１６の一方の面にそれぞれ位置しているので、光学フィルタ２１６の一方の面の水滴は吸水部材２１２，２１３によって吸収される。その結果、結露が防止される。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、Ｏリング２１７の経年変化等による空隙が発生した場合であっても、その空隙を通じて密閉空間２４０内に侵入する外気に含まれる水蒸気が吸水部材２１３によって吸収されるので、水蒸気の密閉空間２４０内への侵入が抑制され、また筐体２３２からホルダ２３０と光学フィルタ２１６とを取り外すだけで吸水部材２１２，２１３を交換することができるので、作業性が向上する。

なお、上記実施形態では吸水部材２１３をＯリング２１７の内側に配置したが、吸水部材２１３が光学フィルタ２１６に接するのであれば、吸水部材２１３の位置はＯリング２１７の外側でもよい。

また、上記実施形態では吸水部材２１３と吸水部材２１２とを光学フィルタ２１６の一方の面に配置したが、この構成に限るものではなく、吸水部材２１３及び吸水部材２１２のいずれか一方を光学フィルタ２１６の一方の面に配置してもよい。

更に、上記各実施形態では撮像手段としてＣＣＤ１１を一例として挙げたが、撮像素子はこれらに限定されない。また、冷却手段としてペルチェ素子１３を一例として挙げたが、同様の機能を有する電子冷却素子であれば、素子はこれに限定されない。

図１はこの発明の第１実施形態に係るカメラのＣＣＤを収容する密閉容器の断面を示す概念図である。図２は図１の部分拡大図である。図３はこの発明の第２実施形態に係るカメラのＣＣＤを収容する密閉容器の断面を示す概念図である。図４はこの発明の第３実施形態に係るカメラのペルチェ素子の拡大断面を示す概念図である。図５はこの発明の第４実施形態に係るカメラのＣＣＤを収容する密閉容器の断面を示す概念図である。

符号の説明

１０，４０,２４０密閉空間
１１ＣＣＤ（撮像素子）
１２,１１２，２１２，２１３吸水部材
１３ペルチェ素子（冷却手段）
３４,２３４伝熱部材
２１６光学フィルタ
２３２筐体

Claims

密閉空間に収容される撮像素子と、この撮像素子を冷却する冷却手段とを備えているカメラにおいて、
前記撮像素子の前記冷却手段によって冷却される部位の近傍に生じる水滴を吸収する吸収部材を備え、
前記吸水部材は、前記撮像素子及び前記冷却手段とともに前記密閉空間内に配置され、前記密閉空間内に存在する水分の吸収及び蒸発を行い、前記密閉空間内で前記吸水部材と前記吸水部材の周囲の空間との間で水分を循環させることを特徴とするカメラ。
前記吸水部材は、前記冷却手段及び前記撮像素子の少なくとも一方に接触していることを特徴とする請求項１記載のカメラ。
前記吸水部材の一端と他端とは温度差を有し、前記撮像素子及び前記冷却手段の少なくとも一方に近い前記一端の温度は前記他端の温度より低いことを特徴とする請求項２記載のカメラ。