JPH07211823A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JPH07211823A
JPH07211823A JP579394A JP579394A JPH07211823A JP H07211823 A JPH07211823 A JP H07211823A JP 579394 A JP579394 A JP 579394A JP 579394 A JP579394 A JP 579394A JP H07211823 A JPH07211823 A JP H07211823A
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JP
Japan
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heat
image pickup
state image
solid
image sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP579394A
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English (en)
Inventor
Yoshio Nakayama
美穂 中山
Junichi Yamazaki
順一 山崎
Saburo Okazaki
三郎 岡崎
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Publication date
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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NIKKEI ELECTR
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 22 CCD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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
JP579394A 1994-01-24 1994-01-24 撮像装置 Pending JPH07211823A (ja)

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JP579394A JPH07211823A (ja) 1994-01-24 1994-01-24 撮像装置

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JP579394A JPH07211823A (ja) 1994-01-24 1994-01-24 撮像装置

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