JP5562891B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置にかかり、特に、チャンバに封入されたＣＣＤを用いて撮像を行う撮像装置に関する。

化学発光や生物発光の検出、分析を行うためのルミノ・イメージアナライザや、天体観測用カメラなどの装置は微弱な光を捉える必要があるので、これらの装置には、超高感度冷却ＣＣＤカメラが使用される。

超高感度冷却カメラにおいては、微弱な光を捉えるためにＣＣＤを−２０℃〜−３０℃に冷却してダークノイズを抑えるとともに、ＣＣＤを収納するチャンバを遮光して捕らえようとする光以外の光がＣＣＤに入らないようにしている。

このようなチャンバとしては、ＣＣＤを載置し、ＣＣＤ密閉容器へ冷却用の電力を供給するとともに、前記ＣＣＤで得られるイメージ信号を出力するためのＦＰＣ基板と、前記ＦＰＣ基板の第１の面を密閉する第１のカバーと、前記ＦＰＣ基板と前記第１のカバーとの接触部に設けられる第１のシール財と、前記ＦＰＣ基板の第２の面を密閉する第２のカバーと、前記ＦＰＣ基板と前記第２のカバーとの接触部に設けられる第２のシーツ財とを具備することを特徴とするＣＣＤ冷却用密閉容器がある。

特許第３３０９４２９号公報

しかしながら、チャンバに収納されたＣＣＤを冷却すると、チャンバ内の湿度が極端に下がるため、チャンバの外部の水分がチャンバの内部に呼び込まれる。

そして、チャンバ内部に水分が侵入すると、ＣＣＤを冷却するためにチャンバに設けられたペルチェ素子の電極の間に水が溜まり、前記電極がショートして冷却不良が生じることがある。また、ＣＣＤの端子部、ＣＣＤ基板やフレキシブル基板の電極部などのチャンバ内部の配線に水分が付着すると、これらの端子が腐食したり、端子間が導通したりしてノイズが増大する可能性がある。

そこで、チャンバと、ＣＣＤを外部の電子回路に接続するフレキシブル基板との間のシールを、吸湿が少ないフッ素ゴム製Ｏリングに変更したり、前記フレキシブル基板の材質を吸湿性の少ないポリイミド樹脂に変更したりしてチャンバ内部への水分の侵入を防止することが試みられた。

これらの対策は、ある程度効果が見られたが、チャンバ内部への水分の侵入を防止するには完全ではなかった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、チャンバに封入されたＣＣＤをチャンバの内部に設けられた冷却手段によって冷却する形態の撮像装置において、ＣＣＤを冷却することによるチャンバ内への水分の浸入を効果的に抑止できる撮像装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、撮像装置に関し、撮像素子と、内側に前記撮像素子を収容するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記チャンバの内側と外側とに亘って設けられ、前記撮像素子を前記チャンバ外部の電子回路に接続する配線が内部に設けられたフレキシブル基板と、を備え、少なくとも前記フレキシブル基板におけるチャンバの外側の部分の両面が金属膜で被覆されていることを特徴とする。

請求項１に記載された撮像装置においては、基板におけるチャンバの外側の部分は両面が金属膜で被覆されているから、基板におけるチャンバの外側の部分においては、両面からの吸湿が抑止される。また、基板としてフレキシブル基板を使用しているため、チャンバ内部におけるＣＣＤの配置の自由度が高い。さらに、配線が基板の内部に設けられているから、配線が基板の表面に設けられている場合とは異なり、金属膜によって配線がショートしないように基板の表面に絶縁層を設ける必要がない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記基板のうち、前記チャンバの内側に配置された部分も、両面が金属膜で被覆されていることを特徴とする。

請求項２に記載された撮像装置においては、前記基板は、チャンバの外側に配置された部分だけでなく、チャンバの内側に配置された部分も、両面が金属膜で覆われているから、前記基板におけるチャンバの外側の部分が万が一吸湿した場合においても、基板が吸湿した水分がチャンバ内部に放出されることが防止される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の撮像装置において、前記基板におけるチャンバの外側の部分の端面も金属膜で被覆されていることを特徴とする。

請求項３に記載された撮像装置においては、前記基板におけるチャンバの外側の部分の端面も金属膜で被覆されているから、基板の両面からの水分の侵入だけでなく、端面からの水分の侵入も効果的に抑止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像装置において、前記金属膜は金属箔であって、前記金属箔は、前記基板の両面に貼着されていることを特徴とする。

請求項４に記載された撮像装置においては、基板の両面に金属箔が貼着されているから、基板の両面に蒸着や鍍金によって金属膜を形成した形態と比較してより確実な防湿効果が得られ、また遮光効果も期待できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の撮像装置において、前記金属箔が黒色の粘着剤、接着剤、または両面粘着テープで前記基板の両面に貼着されていることを特徴とする。

請求項５に記載された撮像装置においては、金属膜が黒色の粘着剤、接着剤、または両面粘着テープで基板の両面に貼付されて基板表面の金属膜が形成されているから、外光が金属箔を透過してきた場合においても前記粘着剤もしくは接着剤の層、または両面粘着テープによって前記外光は阻止される。

本発明によれば、撮像素子を冷却しつつ撮像を行う撮像装置においてチャンバ内部への水分の侵入が効果的に抑止される撮像装置が提供される。

図１は、実施形態１に係る撮像装置のチャンバ近傍の全体的な構成を示す斜視断面図である。 図２は、実施形態１に係る撮像装置のチャンバの構成を示す拡大図である。 図３は、実施形態１に係る撮像装置において基板を通してチャンバ内部に水分が侵入するのが基板表面のアルミニウム箔によって防止されるところを示す説明図である。 図４は、実施形態１に係る撮像装置において基板を通してチャンバ内部に水分が侵入するのが基板表面のアルミニウム箔によって防止されるところを示す拡大説明図である。 図５は、基板の両面にアルミニウム箔が貼付されていない撮像装置において基板を通してチャンバ内部に水分が侵入するところを示す拡大説明図である。 実施形態１の撮像装置、および基板の両面にアルミニウム箔が貼付されていない撮像装置におけるチャンバ内部の湿度変化を示すグラフである。

１．実施形態１
以下、本発明に係る撮像装置の一例について図面を用いて説明する。実施形態１の撮像装置１は、図１〜図３に示すように、撮像素子の一例としてのＣＣＤ１１と、ＣＣＤ１１を収容するチャンバ１２と、基板の一例であってチャンバ１２の外部に位置する外部回路（図示せず。）とＣＣＤ１１とを接続するフレキシブル基板１３と、ＣＣＤ１１を冷却するためにＣＣＤ１１とともにチャンバ１２に収容されたペルチェ素子１４と、ＣＣＤ１１とペルチェ素子１４との間に位置するとともにＣＣＤ１１が固定されている冷却板１５と、チャンバ１２の上面に固定された放熱フィン１６と、放熱フィン１６の上方に固定された冷却ファン１７と、を備える。ＣＣＤ１１は、冷却板１５を介してペルチェ素子１４に固定されている。

チャンバ１２は、ＣＣＤ１１の下方に位置するとともにチャンバ１２の下半分を構成する下側チャンバ１２Ａと、ペルチェ素子１４が固定されているとともにチャンバ１２の上半分を構成する上側チャンバ１２Ｂと、から構成されている。フレキシブル基板１３は、ＣＣＤ１１近傍の部分が下側チャンバ１２Ａと上側チャンバ１２Ｂとの間に挟まれている。下側チャンバ１２Ａとフレキシブル基板１３との間、および上側チャンバ１２Ｂとフレキシブル基板１３との間には、何れもＯリング２０が介装されている。

下側チャンバ１２Ａの底部には開口部１２Ｃがあり、開口部１２Ｃはカバーガラス２１で塞がれている。カバーガラス２１は、カバーガラス押さえ２３で下側チャンバ１２Ａの下面に固定されている。カバーガラス２１と下側チャンバ１２Ａとの間にはＯリング２２が介装されている。

下側チャンバ１２Ａにおける開口部１２Ｃの上側の面には結露防止ガラス２４が固定されている。

チャンバ１２の内部には乾燥窒素ガスが充填されている。

なお、チャンバ１２の下方には、レンズ、シャッタ、および遮光部材（何れも図示せず）が設けられている。

図３に示すように、フレキシブル基板１３は両面が金属膜の一例としてのアルミニウム箔１３Ａで覆われている。アルミニウム箔１３Ａは黒色の粘着材、接着剤、または両面粘着テープでフレキシブル基板に貼着されている。なお、フレキシブル基板１３においては両面を覆うのにアルミニウム箔１３Ａに代えて銅箔や金箔、銀箔などの金属箔を用いてもよい。フレキシブル基板１３においては、配線パターン１３Ｂはフレキシブル基板１３の内部に設けられている。これにより、フレキシブル基板１３の表面に絶縁皮膜を設ける必要がなくなる。フレキシブル基板１３の端面もアルミニウム箔１３Ａで被覆することができる。

フレキシブル基板１３がガラス転移点温度を有する樹脂である場合には、アルミニウム箔１３Ａを貼着するのに、黒色の粘着材、接着剤、または両面粘着テープを使用する代わりにフレキシブル基板１３の両面にアルミニウム箔１３Ａを重ね合わせ、ガラス転移点以上に加熱した状態で１対のローラの間を通過させて熱圧着してもよい。また、フレキシブル基板１３にアルミニウム箔１３Ａなどの金属箔を貼着する代わりに、アルミニウム、銅、金、銀などの金属を蒸着して金属膜を形成してもよい。

以下、撮像装置１の作用について説明する。

撮像装置に入射した光は、レンズ、シャッタ、カバーガラス２１、および結露防止ガラス２４を通ってＣＣＤ１１で検出される。一方、ペルチェ素子１４は、冷却板１５を介してＣＣＤ１１が固定されている側の面が冷却面となるように通電され、これによってＣＣＤ１１が例えば−２０℃〜−３０℃の範囲の所定温度に冷却される。一方、ペルチェ素子１４の上側チャンバ１２Ｂに固定された側の面は加熱面となる。ペルチェ素子１４の加熱面から放出された熱は、上側チャンバ１２Ｂを通って放熱フィン１６に伝達され、放熱フィン１６において外界に放熱される。

前述のように、ＣＣＤ１１はペルチェ素子１４によって冷却されるから、チャンバ１２の内部も冷却される。ここで、フレキシブル基板１３としては、ポリイミド樹脂や芳香族ポリアミド樹脂のフィルムが一般的に使用されるから、フレキシブル基板１３の両面にアルミニウム箔１３Ａが貼着されていないときは、図５において矢印ａで示すように、外気中の水分がフレキシブル基板１３の両面からフレキシブル基板１３の内部に浸透する。そして、前記水分は、フレキシブル基板１３の内部をチャンバ１２の内部に向かって拡散する。これにより、外気中の水分がチャンバ１２の内部に侵入する。

これに対し、実施形態１の撮像装置１においては、前述のように、フレキシブル基板１３の両面にアルミニウム箔１３Ａが貼着されているため、図４に示すように、外気中の水分がフレキシブル基板１３の内部に拡散することがアルミニウム箔１３Ａによって妨げられる。また、フレキシブル基板１３の端面にもアルミニウム箔１３Ａが貼着されている場合には、フレキシブル基板１３の端面からの水分の侵入も防止される。したがって、フレキシブル基板１３の両面および端面から侵入した水分がフレキシブル基板１３中を拡散してチャンバ１２の内部に侵入することが防止される。

（実施例１、比較例１）
以下、図１〜３に示す撮像装置１についてチャンバ１２内部への水分の侵入試験を行った。水分の侵入試験は、温度２８℃、湿度１０％で一定時間放置後、温度２８℃、湿度８０％で一定時間放置することを繰り返しつつ、チャンバ１２内部の湿度を測定することによって行った。

実施例１は、両面にアルミニウム箔１３Ａを貼着したフレキシブル基板１３を使用した例であり、比較例１は、アルミニウム箔１３Ａを貼着しないフレキシブル基板１３を使用した例である。結果を図６に示す。

図６に示すように、実施例１においては、試験開始時のチャンバ１２内部の湿度は１０％であり、試験開始後１００時間後において約２０％、試験開始後約３６０時間後において３０％、試験開始後５８０時間後において約４０％に上昇したに過ぎなかった。

これに対してフレキシブル基板１３にアルミニウム箔１３Ａを貼着しなかった比較例１では、試験開始時のチャンバ１２内部の湿度は２０％であり、試験開始後約２０時間後において約３０％、試験開始後約７０時間後において約４０％、試験開始後１５０時間後において約６０％に上昇し、試験開始後約３３０時間後には８５％と外気よりも高い湿度を示した。このように、比較例１においては、チャンバ１２内部の湿度が、実施例１よりもはるかに早く上昇することがわかった。

１ 撮像装置
１２ チャンバ
１２Ａ 下側チャンバ
１２Ｂ 上側チャンバ
１３ フレキシブル基板
１３Ａ アルミニウム箔
１３Ｂ 配線パターン
１４ ペルチェ素子
１５ 冷却板
１６ 放熱フィン
１７ 冷却ファン

Claims (5)

1. 撮像素子と、
   内側に前記撮像素子を収容するチャンバと、
   前記チャンバ内に設けられ、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、
   前記チャンバの内側と外側とに亘って設けられ、前記撮像素子を前記チャンバ外部の電子回路に接続する配線が内部に設けられたフレキシブル基板と、
   を備え、
   少なくとも前記フレキシブル基板におけるチャンバの外側の部分の両面が金属膜で被覆されている撮像装置。
2. 前記基板のうち、前記チャンバの内側に配置された部分も、両面が金属膜で被覆されている請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記基板におけるチャンバの外側の部分の端面も金属膜で被覆されている請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記金属膜は金属箔であって、前記金属箔は、前記基板の両面に貼着されている請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像装置。
5. 前記金属箔は、黒色の接着剤、粘着材、または両面粘着テープで前記基板の両面に貼着されている請求項４に記載の撮像装置。

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