JP6164983B2 - 発熱体を有する撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、低温環境下で使用される撮像装置に関するものである。
ネットワークカメラに代表される監視あるいはモニタリング用の撮像装置においては、屋外、寒冷地、冷凍庫など、環境温度が氷点下となる場所への設置が要望されている。また、夜間などに電源をOFFし、低温環境下で再度電源をONする場合がある。
低温環境下での使用に対する対策としては、発熱体を内蔵して機体内部温度を強制的に上昇させる技術が存在するが、発熱体の消費電力を制御することが課題となっている。
例えば、特許文献1では、定着用加熱ヒータに関して、入力電圧の相違に対応して帯状発熱体の長さを切り換えることにより、電力を一定に保つ技術が開示されている。
また、特許文献2では、温風/輻射複合型ストーブに関して、室温が低い暖房開始時期は容量の大きい温風ヒータで運転し、ウォーミングアップ終了時点で輻射ストーブによる過熱に切り換える技術が開示されている。
特開平7−142148号公報 特登録2531265号公報
低温環境下で撮像装置の電源を投入したとき、例えば、−40℃環境下で電源投入すると、機体内部温度が上昇して、使用部品の定格温度−10℃に達するまでに時間がかかる。このため、ユーザーはPCビューワ上で映像が出力されるまで数時間待たされるという問題がある。
そこで、機器本体の部品とは別に、機体内部に加熱専用の発熱体を装備すれば、機体内部温度の上昇時間は早まるが消費電力が増大し、既存の電源設備やアダプタ等が使用できない。特に、POE(Power Over Ethernet(登録商標))対応とした場合、規格上の電力制限があるため、機体内部温度の上昇時間の短縮は容易でないという問題がある。
上記の問題に対して上述の先行技術においては、特許文献1は、異なる電圧でも発熱体の発熱量を一定にする技術であり、低温環境下での起動を早めるものではない。
また、特許文献2は、室温全体の急速暖房に関する技術であり、消費電力の増大は考慮されていない。
よって本発明の目的は、制限された電力で、低温環境下において、機体内部温度が上昇してシステムが起動するまでの時間を短縮することを可能にした撮像装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、
撮像装置であって、
前記撮像装置を構成する複数の構成部品のうちの所定の構成部品を加熱する第1の発熱手段と、
前記撮像装置を全体的に加熱する第2の発熱手段と、
前記第1及び前記第2の発熱手段の動作を制御する制御手段と、
前記所定の構成部品に対応する温度を検出する検出手段とを有し、
前記制御手段は、
前記検出手段が所定値未満を出力した場合には、前記第1の発熱手段を有効とし、
前記検出手段が所定値以上を出力した場合には、前記第1の発熱手段を無効とし、前記第2の発熱手段を有効とし、前記撮像装置の所定の機能を起動する
ことを特徴とする構成とした。
本発明によれば、制限された電力で、低温時に早く起動することが可能である。
本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の一実施形態を示す構成図 本発明の説明のためのシーケンス図 本発明の説明のためのシーケンス図 本発明の説明のための図 本発明の説明のための図 本発明の説明のための図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態にかかわる撮像装置の構成図である。
以下、図1を参照して、本発明の一実施例による、撮像装置について説明する。
図1において、1は撮像装置、101は電源制御部、102は発熱体制御部、103は発熱体x、104は発熱体y、105は発熱体z、106は素子a109の電源線、107はシステム部110の電源線である。電源線106、107は同一の線であっても良い。108は温度センサ、109は本撮像装置において最も定格温度が高い素子aである。ここでは定格温度とは動作温度範囲の下限温度とする。また、素子とはLSI(Large Scale Integrated circuit)とする。110は電源制御部101から給電されるシステム部であり、本撮像装置の撮像部、画像処理部、画像配信部を含む。
発熱体制御部102は、発熱体x103、発熱体y104、発熱体z105への給電を制御する。温度センサ108は素子a109の温度を測定して発熱体制御部102へ出力する。温度センサ108の電源は図示しないが、電源制御部101から給電される。また、温度センサ108の詳細回路の例を図11aに示す。図中、サーミスタは温度により抵抗値が変化する素子である。サーミスタ抵抗値の変化による電圧の上昇/降下を基準電圧と比較することで、結果をデジタル出力、即ちHレベルあるいはLレベルとして発熱体制御部102へ出力する。図11bは別の回路構成例である。サーミスタ抵抗値の変化による電圧の上昇/降下をアナログ電圧として発熱体制御部102へ出力する。温度センサ108は、所定の構成部品である素子a109に対応する温度を検出する。
発熱体x103は素子a109の近傍に配置される。発熱体y104、発熱体z105は、場所は特定しないが撮像装置1内部に配置される。発熱体x103は撮像装置1を構成する複数の構成部品のうちの所定の構成部品である素子a109を加熱する。また、発熱体y104、発熱体z105は、撮像装置1を全体的に加熱する。
電源制御部101、発熱体制御部102は、トランジスタ、ダイオード等の半導体、および、抵抗器、コンデンサ、インダクタ等の受動部品より構成される。また、リレー等のメカトロニクス部品も適用可能である。
電源制御部101は、電力分離器111により、不図示のPOE対応HUBからネットワークを介して給電される。画像信号は画像配信部から電力分離器111を介してネットワーク(POE対応HUB)へ出力される。ネットワークに接続されたPCはビューワソフトウエアを実行して、ディスプレイにより撮像装置1で撮像された映像をモニタし、ストレージ装置に蓄積する。
ここでは、例えばPOEによりネットワークから撮像装置1への給電を行う。ネットワークの線路(例:LANケーブル)上には電力と信号が存在する。電力分離器111はネットワーク線路から電力と信号を分離する。
また、本撮像装置1の各部の消費電力は下記のとおりである。
発熱体制御部102を含む電源制御部101:2W
システム部110:4W
発熱体x103:6W
発熱体y104:3W
発熱体z105:3W
温度センサ108:0.01W
素子a109:0.5W
POE給電の場合、IEEE802.3af規格により、撮像装置1が消費可能な合計電力は12.95W以下である。
本実施例では、発熱体x103、発熱体y104、発熱体z105を複数箇所に配置して、低温起動時は動作定格温度(動作温度範囲の下限温度)の高い素子a109を優先的に加熱し、素子a109の動作確認後に全体加熱に移行する。すなわち、検出手段である温度センサ108が所定値以下を出力した場合には、発熱体x103を有効する。一方、温度センサ108が所定値以上を出力した場合には、発熱体x103を無効とし、発熱体y104、発熱体z105を有効とし、撮像装置1の所定の機能を起動し画像配信可能とする。
次に、図9のフローチャートに従い、発熱体x103、発熱体y104、発熱体z105の操作を制御する発熱体制御部102の動作の流れを説明する。発熱体制御部102は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して、以下の工程を実行するコンピュータである。
素子aの定格温度より低い低温環境下、例えば−40℃において撮像装置1の電源が投入される(S901)。撮像装置1の他の構成部品、例えば電源制御部101、発熱体制御部102はこの環境下で動作するものとする。これは一般に、半導体や受動部品は−40℃環境下で動作することによる。また、人間が通常居住可能な場所の温度、あるいは、食品用冷凍庫等の温度は−40℃近辺であり、本撮像装置が使用される環境温度の下限は約−40℃であると想定される。
電源投入後、発熱体制御部102が発熱体x103への給電を開始する。同時に温度センサ108へも給電される。この時点で撮像装置1の消費電力は8.01W(2W+6W+0.01W)となる。IEEE802.3af規格を満足するため、発熱体y104、発熱体z105への給電はoffのままとする(S902)。発熱体x103により素子aが加熱される。素子aの温度は、発熱体x103の消費電力と素子aの熱容量に従って上昇していく。温度センサ108が素子aの温度を検知して発熱体制御部102へ通知する(S903)。発熱体制御部102は素子aの温度が定格温度に上昇するまで温度監視を継続する(S904)。
素子aの温度が定格温度に上昇すると、発熱体制御部102は発熱体x103の給電をoff、発熱体y104および発熱体z105への給電をonとする(S905)。その後、電源制御部101が素子a109およびシステム部110への給電を開始する(S906)。すなわち、撮像装置1の所定の機能を起動する。この時点での撮像装置1の消費電力は12.51W(2W+4W+3W+3W+0.01W+0.5W)となり、IEEE802.3af規格を満足する。電源供給されたシステム部110においては、図示しない撮像部、画像処理部、画像配信部が起動して画像信号がネットワークへ出力され(S907)、ネットワークを介したPCでその映像をモニタでき、あるいは蓄積できる。また、発熱体y104、発熱体z105およびシステム部110等の合計消費電力12.51Wにより、機体内部を全体加熱する。
なお、環境温度の上昇等により、機体内部温度が素子a109を含めた撮像装置1の構成部品の動作温度範囲上限に上昇したときは、発熱体制御部102は発熱体y104、発熱体z105をoffとする。
また、動作中に環境温度が低下したとき、素子aの温度は、発熱体y104および発熱体z105の消費電力と素子aの熱容量、および機体内部熱容量に従って低下していく。温度センサ108が素子aの温度を検知して発熱体制御部102へ通知する(S908)。発熱体制御部102は素子aの温度が定格温度まで低下するまで温度監視を継続する(S909)。素子aの温度が定格温度に低下すると、発熱体制御部102は発熱体x103への給電をon、発熱体y104および発熱体z105への給電をoffとする(S910)。したがって、動作中の環境温度低下時でも動作を保持することが可能である。この時点での撮像装置1の消費電力は12.51W(2W+4W+6W+0.01W+0.5W)となり、IEEE802.3af規格を満足する。
このような制御により、素子a近傍の発熱体xのみに電力を集中させて素子aの加熱を行い、かつ撮像装置としての動作を保持する。
素子aの定格温度を−10℃、構成部品の動作温度範囲上限の温度を+70℃とした場合における各部の動作遷移を図13に示す。
以上のようにして、低温環境下での起動時は、素子a109を優先的に加熱し、定格温度に上昇後は、撮像装置1内部全体の加熱が行われる。また、動作中に環境温度が低下したときは素子a109を優先的に加熱しながら、システム部110等の消費電力を全体加熱に利用して機器の動作を保持する。
本実施例では、温度センサ108を素子a109の近傍に配置したが、直接接触するようにしても良い。
また、温度上昇時あるいは低下時に、素子a109の定格温度への到達で発熱体x103、発熱体y104、発熱体z105の制御を行ったが、到達前の所定の温度にて行っても良い。
また、撮像装置の電力はPOE給電としたが、例えばAC/DCアダプタ等によるローカル給電、あるいはDC12V、AC24V等の電源設備による給電としても良い。なお、POEのような供給電力が限られている設置環境において有効である。
また、素子a109、システム部110への給電をoffとする替わりに、給電onでリセット状態としても、電力消費が少ないため同様の効果を有する。
また、発熱体y104、発熱体z105への給電をoffとする替わりに、供給電力を低減させることとしても、電力消費が少ないため同様の効果を有する。
また、素子a109を加熱する発熱体として発熱体x103の1つとしたが、合計の消費電力が所定の値となるような複数のものであっても同様の効果を有する。発熱体x103を複数の発熱体で構成した場合、発熱体x103を制御するための発熱体制御部102内の制御部は、発熱体x103の発熱体の数に応じた複数の制御部で構成される。これは、以下の実施例でも同様である。この制御部は、図1では、スイッチとして示される。
また、機器全体を加熱する発熱体として発熱体y104、発熱体z105の2つとしたが、1つであっても、また合計の消費電力が所定の値となるような3つ以上の複数であっても同様の効果を有する。発熱体y104、発熱体z105を制御するための発熱体制御部102内の制御部は、発熱体y104、発熱体z105の数に応じた複数の制御部で構成される。
さらに、素子aをLSIとしたが、他のデバイス、例えばCCD(Charge Coupled Device)のような撮像素子であっても良い。これは、以下の実施例でも同様である。この制御部は、図1では、2つのスイッチとして示される。
また、モーターなどのアクチュエータ、あるいはギヤなどのメカ部材であっても良い。
以上のような適用についても本発明の本質は変わらず、同様の効果を有する。
以下、図2を参照して、本発明の一実施例による、撮像装置について説明する。
図2において、2は撮像装置、201は電源制御部、202は発熱体制御部、203は発熱体x、204は発熱体y、205は発熱体z、206は素子a209の電源線、207はシステム部210の電源線である。208は素子a209の出力信号を検出する出力検出部、209は本撮像装置において最も定格温度(動作温度範囲の下限)が高い素子aである。ここでは実施例1と同様にLSIとする。210は電源制御部201から給電されるシステム部であり、本撮像装置の撮像部、画像処理部、画像配信部を含む。
発熱体制御部202は、発熱体x203、発熱体y204、発熱体z205への給電を制御する。出力検出部208は素子a209の出力信号を検出して発熱体制御部202へ出力する。出力検出部208の電源は図示しないが、電源制御部201から給電される。ここで、信号出力検知の例としては、出力信号を積分(ローパスフィルタリング)し、DC電圧として通知する方式などが考えられる。図12にその詳細回路例を示す。
発熱体x203は素子a209の近傍に配置される。発熱体y204、発熱体z205は、場所は特定しないが撮像装置2内部に配置される。
出力検出部208の消費電力は0.01Wであり、その他の部分の消費電力は実施例1と同一である。出力検出部208は、構成部品である素子a209の信号出力を検出する。
次に、図10のフローチャートに従い動作の流れを説明する。
素子aの定格温度より低い低温環境下、例えば−40℃において撮像装置1の電源が投入される(S1001)。発熱体制御部202が発熱体x203への給電を開始する。同時に出力検出部208へも給電される。この時点で撮像装置1の消費電力は8.01W(2W+6W+0.01W)となる。IEEE802.3af規格を満足するため、発熱体y204、発熱体z205への給電はoffのままとする(S1002)。発熱体x203により素子aが加熱される。素子aの温度は、発熱体x203の消費電力と素子aの熱容量に従って上昇していく。
素子aは、温度が定格温度に上昇すると、動作を開始して信号を出力する。出力検出部208はこの信号を検出して発熱体制御部202へ通知する(S1003)。発熱体制御部202は発熱体x203の給電をoff、発熱体y204および発熱体z205への給電をonとする(S1004)。その後、電源制御部201が素子a209およびシステム部210への給電を開始する(S1005)。電源供給されたシステム部においては、図示しない撮像部、画像処理部、画像配信部が起動して画像信号がネットワークへ出力され(S1006)、ネットワークを介したPCでその映像をモニタでき、あるいは蓄積できる。すなわち、撮像装置1の所定の機能を起動する。また、発熱体y204、発熱体z205およびシステム部210等の合計消費電力12.51Wにより、機体内部を全体加熱する。
なお、環境温度の上昇等により、機体内部温度が素子a209を含めた撮像装置2の構成部品の動作温度範囲上限に上昇したときは、発熱体制御部202は発熱体y204、発熱体z205をoffとする。
このような制御により、素子a近傍の発熱体xのみに電力を集中させて素子aの加熱を行い、かつ撮像装置としての動作を保持する。
以上のようにして、低温環境下での起動時は、素子a209を優先的に加熱し、定格温度に上昇後は、システム部210等の消費電力を全体加熱に利用して撮像装置2内部全体の加熱が行われる。出力検出部208が信号出力を検出しない場合には、発熱体x203を有効とし、出力検出部208が信号出力を検出した場合には、発熱体x203を無効とし、発熱体y204、発熱体z205を有効とし、撮像装置の所定の機能を起動し画像配信可能とする。
実施例2の変形構成を図3に示す。図中、素子a309は実装面にヒートパッド(放熱用金属端子)312を有する。313は撮像装置3の構成部品が実装される基板である。基板313の裏側に発熱体x303を配置する。また、発熱体x303を構成部品である素子a309の実装面の裏側に実装してもよい。出力検出部308の代わりに、温度センサを用いてもよい。
このような配置により、素子a309のヒートパッド312を効率的に加熱することが可能である。
他の変形構成を図4に示す。図中、素子a409は実装面に放熱用ヒートパッド412を有する。ヒートパッド412に発熱体x403を接触させるように配置する。素子a709の実装面のヒートパッド712以外の箇所に発熱体x703を接触させてもよい。
このような配置により、素子a409のヒートパッド412を効率的に加熱することが可能である。
他の変形構成を図5に示す。図中、素子a509は内部に発熱体x503を有する。近年の半導体プロセス技術によれば、これらのデバイスの全てあるいは一部を同一の半導体基板上に実現することもできる。あるいは、半導体基板と皮膜形成された発熱体を同一パッケージに収容することができる。
このような配置により、素子a509を効率的に加熱することが可能である。
実施例1の変形構成を図6に示す。図中、素子a609は、図5の発熱体x503と同様に内部に発熱体x603を有する。
このような配置により、素子a609を効率的に加熱することが可能である。
他の変形構成を図7に示す。図中、素子a709は実装面に放熱用ヒートパッド712を有する。ヒートパッド712に発熱体x703を接触させるように配置する。素子a709の実装面のヒートパッド712以外の箇所に発熱体x703を接触させてもよい。
このような配置により、素子a709のヒートパッド712を効率的に加熱することが可能である。
他の変形構成を図8に示す。図中、素子a809は、図5の発熱体x503と同様に内部に発熱体x803と、温度検知素子808を有する。温度検知素子としては、一般的なサーミスタ等が適用でき、同一パッケージ内の収容は容易である。なお、温度検知素子808を素子a809の内部に設け、発熱体xを素子a809の外部に設けてもよい。すなわち、素子a809は、発熱体x803と温度検知素子808のいずれか、ないし両方を内蔵する。
このような配置により、素子a809を効率的に加熱することが可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
1、2、3、4、6、7、8 撮像装置
102、202、302、402、502、602、702、802 発熱体制御部
103、203、303、403、503、603、703、803 発熱体x
104、204、304、404、504、604、704、804 発熱体y
105、205、305、405、505、605、705、805 発熱体z
108、608、708 温度センサ
208、308、408、508 出力検出部

Claims (8)

  1. 撮像装置であって、
    前記撮像装置を構成する複数の構成部品のうちの所定の構成部品を加熱する第1の発熱手段と、
    前記撮像装置を全体的に加熱する第2の発熱手段と、
    前記第1及び前記第2の発熱手段の動作を制御する制御手段と、
    前記所定の構成部品に対応する温度を検出する検出手段とを有し、
    前記制御手段は、
    前記検出手段が所定値未満を出力した場合には、前記第1の発熱手段を有効とし、
    前記検出手段が所定値以上を出力した場合には、前記第1の発熱手段を無効とし、前記第2の発熱手段を有効とし、前記撮像装置の所定の機能を起動する
    ことを特徴とする撮像装置。
  2. 撮像装置であって、
    前記撮像装置を構成する複数の構成部品のうちの所定の構成部品を加熱する第1の発熱手段と、
    前記撮像装置を全体的に加熱する第2の発熱手段と、
    前記第1及び前記第2の発熱手段の動作を制御する制御手段と、
    前記構成部品の信号出力を検出する検出手段とを有し、
    前記制御手段は、
    前記検出手段が信号出力を検出しない場合には、前記第1の発熱手段を有効とし、
    前記検出手段が信号出力を検出した場合には、前記第1の発熱手段を無効とし、前記第2の発熱手段を有効とし、前記撮像装置の所定の機能を起動する
    ことを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項1、2において、
    前記第1の発熱手段は複数の発熱手段で構成され、
    前記制御手段は前記複数の発熱手段の数に応じた複数の発熱体制御部で構成される
    ことを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項1、2において、
    前記第2の発熱手段は複数の発熱手段で構成され、
    前記制御手段は前記複数の発熱手段の数に応じて複数の発熱体制御部で構成される
    ことを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項1〜4の何れか1項において、
    前記第1の発熱手段を前記所定の構成部品に接触して配置される
    ことを特徴とする撮像装置。
  6. 請求項1〜4の何れか1項において、
    前記第1の発熱手段を前記所定の構成部品のヒートパッドに接触して配置される
    ことを特徴とする撮像装置。
  7. 請求項1〜4の何れか1項において、
    前記第1の発熱手段を前記所定の構成部品の実装面の裏側に実装する
    ことを特徴とする撮像装置。
  8. 請求項において、
    前記所定の構成部品は、
    前記第1の発熱手段と前記検出手段のいずれか、ないし両方を内蔵する
    ことを特徴とする撮像装置。
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