JPH07211823A

JPH07211823A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH07211823A
Application number: JP579394A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakayama; 美穂中山; Junichi Yamazaki; 順一山崎; Saburo Okazaki; 三郎岡崎
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で効率のよい固体撮像素子冷却機構付撮
像装置を提供する。【構成】固体撮像素子（４）の底部に密着させた第１
のペルチェ素子（５ａ）を、真空容器の内側で当該真空
容器の壁の一部に設けた熱伝導性のよい伝熱板（６）に
密着させて設けるとともに、前記真空容器の大気露出側
の前記伝熱板に、放熱板（８）をその後部に密着させた
第２のペルチェ素子（５ｂ）を密着させて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は固体撮像素子を用いた
撮像装置に係り、特にこの固体撮像素子の特性改善のた
め、冷却しながら駆動する撮像装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来ＣＣＤなどの固体撮像素子を用い、
光学レンズを通して素子上に結像された像を撮像する撮
像装置が利用されている。撮像素子からの映像信号は記
録媒体に記録、あるいは外部出力装置に出力するように
なっている。しかしながら上記のような撮像装置を駆動
すると、固体撮像素子、及びその駆動回路が発熱し、そ
れらの発熱による固体撮像素子の温度上昇に伴って暗電
流が増加するために画像が著しく劣化する。暗電流は１
０℃につき約２倍の増加があり、駆動電力が小さい素子
でも１０℃前後の上昇があるため、特性の良い状態で安
定して駆動することが困難となっている。

【０００３】ここで、前記暗電流を抑えて固体撮像素子
を良い状態で駆動するためには、固体撮像素子を冷却し
ながら駆動することが考えられる。固体撮像素子の冷却
には電子冷却素子、いわゆるペルチェ素子を用いる方法
が提案されており、例えばＮＩＫＫＥＩＥＬＥＣＴＲ
ＯＮＩＣＳのＮＥＷレポート（１９８９年１月９日）９
８頁には図７に示すように、固体撮像素子としてＣＣＤ
撮像素子２２とＣＣＤを冷却するためのペルチェ素子２
３及びＣＣＤの結露、凍結を防ぐためにＣＣＤの周辺を
減圧するための空気抜きバルブ２４、ガラス窓２１の結
露を防ぐための結露防止ヒータ２０、さらに全体の放熱
のための水冷放熱器２５とから構成されているものなど
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来例にあるよ
うな使用時に減圧してから使用するものでは、真空ポン
プなどが別に必要であった。また、放熱側に水やエチレ
ングリコール等の溶液を流す従来例では、その液体を循
環させるポンプが必要であるなど、装置がコンパクトに
ならない欠点があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の目的は、
従来の問題点を排除し、固体撮像素子用に冷却機構を備
え、しかも冷却効率を落とすことのない小型化された撮
像装置を提供せんとするものである。

【０００６】この目的を達成するため、本発明に係る撮
像装置は、固体撮像素子の底部に密着させた第１のペル
チェ素子を、真空容器の内側で当該真空容器の壁の一部
に設けた熱伝導性のよい伝熱板に密着させて設けるとと
もに、前記真空容器の大気露出側の前記伝熱板に、放熱
板をその後部に密着させた第２のペルチェ素子を密着さ
せて構成したことを特徴とするものである。

【０００７】

【実施例】以下添付図面を参照し実施例により本願発明
を詳細に説明する。本発明に係る撮像装置の実施例構成
図を図１に示すが、図１（ａ）はその光軸方向の縦断面
図、図１（ｂ）は（ａ）の断面と９０°をなす断面上で
とった縦断面図、図１（ｃ）はその背面図を示す。また
図２はこの撮像装置の分解斜視図を示し、図２（ａ）は
前方（光の入射側）斜めからの分解斜視図、図２（ｂ）
は後方斜めからの分解斜視図である。そしてさらに図３
にはこの装置のロー付け後のパッケージ底部３ｂを示
す。

【０００８】本撮像装置の製作はまず熱伝導性の良い金
属よりなる伝熱板６、セラミック７および金属板３ｂを
それぞれロー付けにより図３に示すような一体のパッケ
ージ底部３ｂを作成し、その伝熱板６の光入射側の片面
に、その冷却側に固体撮像素子４を密着させた第１のペ
ルチェ素子５ａを密着させ、固体撮像素子４と第１のペ
ルチェ素子５ａへの外部からの供電のため、セラミック
を貫通した端子部９にリード線１０により配線し、伝熱
板６の反対側には第２のペルチェ素子５ｂの冷却側を密
着させる。

【０００９】次にパッケージ側面にあたる金属筒３ａと
パッケージ底部３ｂの金属どうしを不活性のガス雰囲気
中アーク熔接してパッケージ３を作成する。この時パッ
ケージ側面３ａの底部３ｂ側の開口はひろげられて底部
３ｂに熔接されてもよい。その後、パッケージ３に真空
封じ用スペーサ２（インジウムシール）を挟んでガラス
窓１を真空中で張り付けることにより真空封じをする。
さらに放熱板８を第２のペルチェ素子５ｂの放熱側に密
着させ、パッケージ３の不活性ガス雰囲気中アーク熔接
した縁に、断熱板１３を間に挟んでこの放熱板８をネジ
止めして完成する。

【００１０】固体撮像素子４は第１のペルチェ素子５ａ
により冷却され、第１のペルチェ素子５ａの放熱側から
の熱は伝熱板６を介して第２のペルチェ素子５ｂにより
冷却され、第２のペルチェ素子５ｂの放熱側からの熱は
熱伝導の良い金属から成る放熱板８を介して放熱させる
ことができる。

【００１１】次に本発明撮像装置のカメラへの取り付け
例について、図４、図５、図６図示のカラーＣＣＤカメ
ラへの取り付け例を用いて説明する。図４は本発明撮像
装置のカラーカメラ色分解プリズムへの取り付け例、図
５は本発明撮像装置のカラーカメラ外筺体への取り付け
例、図６はヒートパイプの筺体外部分と放熱フィン分解
図を示す。

【００１２】赤色（Ｒ）用、緑色（Ｇ）用、青色（Ｂ）
用に３つの撮像装置２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを色分解プ
リズム１４に図４のように取り付ける。ブロック１５ａ
（１５Ｒａ、１５Ｇａ、１５Ｂａ）と１５ｂ（１５Ｒ
ｂ、１５Ｇｂ、１５Ｂｂ）の間にヒートパイプ１６（１
６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ）を挟んだ構造のものを撮像素子
の放熱板８に取り付け、パイプは上方に引いて外筺体１
９の上部から外部へ出す。Ｒ，Ｇ，Ｂ用それぞれのパイ
プの筺体１９の外部に出した部分には図６のように放熱
フィン１７を複数枚ずつ取り付け、後部より放熱ファン
１８で送風することにより外気へ全体の熱を放出するこ
とができる。パイプの形状や、筺体からのパイプの出口
は筺体の形状、内部駆動回路の配置に合わせて変形させ
ても良い。

【００１３】前述のヒートパイプについて図８（大島耕
一著「ヒートパイプ工学」１９８１年８月２０日，１５
頁，図 2.1参照）を用いて簡単に説明する。通常型のヒ
ートパイプと言われているものは、図８に示されている
ように、密閉された容器内に装着した多孔性物質（ウィ
ック）２７の中に作動流体が満たされており、作動流体
の液相と気相とでの潜熱の流れによって熱を運ぶ構造を
している。ヒートパイプは蒸発部２８、断熱部２９、凝
縮部３０を有し、蒸発部２８から外部の熱が流入（３
１）して作動流体（液相）を蒸発させ、蒸発した作動流
体（気相）は断熱部２９を通って凝縮部３０へ運ばれ、
凝縮部で作動流体の蒸気を凝縮して外部へ熱を放出（３
２）するように構成されているものである。液相にある
作動流体は非常に微量であり、作動流体は前記多孔性物
質中を毛細管現象によって移動できるため、ポンプなど
の循環装置を必要としない。なお、ヒートパイプが有効
に機能するためには、蒸発部２８と凝縮部３０との温度
差にある一定以上の差異が必要である。

【００１４】図９に温度測定結果の一例を示す。図９は
横軸を測定時間、縦軸を室温との温度差として測定した
本発明の撮像装置各部の温度で、３２は放熱板８の温
度、３３はパッケージ３の温度、３４は室温、３５は固
体撮像素子４の温度を示している。図中Ｔ１は放熱板８
とパッケージ３の温度差、Ｔ２はパッケージ３と固体撮
像素子４との温度差、Ｔ３は放熱板８と外気温の差、Ｔ
４は固体撮像素子４と外気温との差、Ｔ５は放熱板８と
固体撮像素子４の温度差を示す。ここで、Ｔ１は第２の
ペルチェ素子５ｂによる効果、Ｔ２は第１のペルチェ素
子５ａによる効果を示している。Ｔ３の温度差があるこ
とによって、放熱板８に取り付けたヒートパイプ装置が
有効に機能する。全体では第１のペルチェ素子５ａと第
２のペルチェ素子５ｂがあることで、Ｔ５の温度差が得
られている。固体撮像素子を特性の良い状態に設定する
ためには、Ｔ１及びＴ２を調節することで実現できる。
Ｔ４は外気温に対する固体撮像素子の冷却効果を示す。

【００１５】以上図面を参照し実施例により本発明装置
を詳細に説明してきたが、本発明はこれに限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨内で各種
の変形、変更の可能なことは自明であろう。また、本願
発明に記載した固体撮像素子としては、ＣＣＤ型、ＭＯ
Ｓ型、ＡＭＩ型 (Amplified MOS Inteligent Imager)等
があり、用いられる伝熱板、放熱板としては熱伝導性の
よい銅（Ｃｕ）板が使用されることをここに付記してお
く。

【００１６】

【発明の効果】本発明を使用することにより、固体撮像
素子を冷却する第１のペルチェ素子の放熱側からの熱の
ためにパッケージの外側の温度が上昇するにもかかわら
ず、伝熱板の反対側に密着させた第２のペルチェ素子で
冷却させることによりパッケージ外側の温度上昇を抑え
ることができる。温度制御は、別に温度センサーを儲
け、２つのペルチェ素子に供給する電力を制御すること
により行うことができる。このようにしてパッケージの
外側を外気温に近く設定できるため、パッケージから固
体撮像素子への熱のフィードバックが少なくなり固体撮
像素子を効率よく冷却することができる。また、第１の
ペルチェ素子の放熱側に水やエチレングリコールなどの
溶液を流すチューブを設けてもパッケージの外側を外気
温近くに設定することはできるが、液漏れなどによる電
気回路の不良の恐れがあることや、液体を流すポンプな
どに場所を取られるためにカメラ全体をコンパクトに設
計できない等の問題があった。これに比べて本発明では
ヒートパイプを用いて熱輸送を行うものであり、作動流
体が微量で、パイプ外形も小型ですむ。また、本発明で
は第２のペルチェ素子の放熱側温度が外気温よりも１０
℃以上高くできるため、ヒードパイプの熱輸送効率の高
い状態で作動させることができる。そのうえ、固体撮像
素子とそれに密着させたペルチェ素子を真空封じするこ
とにより、結露、凍結を防止した状態で固体撮像素子を
外気温以下まで冷却でき、使用に伴う特性の劣化を防ぐ
ことができる。これらのことから、固体撮像素子を特性
の良い状態で安定に駆動できる上に小型化されたパッケ
ージによって小型カメラに装着可能な撮像装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置の実施例構成図で、
（ａ）はその光軸方向の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の断
面と９０°をなす断面上でとった縦断面図、（ｃ）はそ
の背面図をそれぞれ示す。

【図２】図１図示装置の分解斜視図を示し、（ａ）は前
方（光入射側）斜めからの分解図、（ｂ）は後方斜めか
らの分解図をそれぞれ示す。

【図３】図１図示装置のロー付け後のパッケージ底部を
示す。

【図４】本発明装置のカラーカメラ色分解プリズムへの
取り付け例を示す。

【図５】本発明のカラーカメラ外筺体への取り付け例を
示す。

【図６】ヒートパイプの筺体外部分と放熱フィン分解図
を示す。

【図７】この種技術の従来例を示す。

【図８】ヒートパイプ概念断面図を示す。

【図９】本発明装置を用いた温度測定結果の一例を示
す。

【符号の説明】

１ガラス窓（面板）２真空封じ用スペーサ（Ｉｎリング）３パッケージ（金属）３ａ側面３ｂ底部４固体撮像素子５ａ第１のペルチェ素子５ｂ第２のペルチェ素子６伝熱板７セラミック８放熱板９端子１０リード線１１ネジ（頭）１２ネジ（後ろ）１３断熱板１３ａ左側１３ｂ右側１４色分解プリズム１５ブロック１５Ｒ赤色用１５Ｇ緑色用１５Ｂ青色用１６ヒートパイプ１６Ｒ赤色用１６Ｇ緑色用１６Ｂ青色用１７放熱フィン１８放熱ファン１９外筺体２０結露防止ヒータ２１ガラス窓２２ＣＣＤ撮像素子２３ペルチェ素子２４空気抜きバルブ２５水冷放熱器２６撮像素子２６Ｒ赤色用２６Ｇ緑色用２６Ｂ青色用２７多孔性物質（ウィック）２８ヒートパイプ蒸発部２９ヒートパイプ断熱部３０ヒートパイプ凝縮部３１熱の流入３２熱の放出

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子の底部に密着させた第１の
ペルチェ素子を、真空容器の内側で当該真空容器の壁の
一部に設けた熱伝導性のよい伝熱板に密着させて設ける
とともに、前記真空容器の大気露出側の前記伝熱板に、
放熱板をその後部に密着させた第２のペルチェ素子を密
着させて構成したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記放熱板にヒートパイプを取り付けた
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。