JPH10256613A - ペルチェ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被冷却素子をペルチェ素子の吸熱部に載置し
て冷却するペルチェ冷却装置において、ペルチェ素子の
冷却効果を改善する。 【解決手段】 ペルチェ素子20の吸熱部20a の表面に被
冷却素子（光検出器10）を載置し、ペルチェ素子20の発
熱部20b を放熱フィン40と密着させる。ペルチェ素子20
を間欠駆動手段30と接続し、間欠駆動手段30によりペル
チェ素子20にパルス電流（繰り返しサイクルTa、電流供
給期間Tb）を供給する。ペルチェ素子20に電流が供給さ
れているときに光検出器10が冷却される。このときペル
チェ素子20の発熱部20a に発せられる熱を、ペルチェ素
子20の非駆動時に放熱フィン40により外部に放出するこ
とによりペルチェ素子20の発熱部20a の温度をおよそ室
温に保つ。これにより、発熱部20a が温度上昇すること
によるペルチェ素子20の冷却効果の低減を防止し、冷却
効果を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被冷却素子をペル
チェ素子に載置して冷却するペルチェ冷却装置に関し、
より詳細には、例えば、ＣＣＤ固体撮像素子等の半導体
素子をペルチェ素子の吸熱部に載置して冷却するペルチ
ェ冷却装置の冷却効果の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般にＰＤＤ（Photodynamic
Diagnosis）と称される光力学診断についての研究が種
々なされている。このＰＤＤとは、腫瘍親和性を有し、
光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質を予
め生体の腫瘍部分に吸収させておき、その部分に光感受
性物質の励起波長領域にある励起光を照射して蛍光を生
じさせ、この蛍光による画像を表示して腫瘍部分を診断
する技術である。

【０００３】例えば特公昭６３−９４６４号公報、特開
平１−１３６６３０号公報、特開平７−５９７８３号公
報には、このＰＤＤを行なうための蛍光診断装置が開示
されている。この種の蛍光診断装置は基本的に、光感受
性物質の励起波長領域にある励起光を生体に対して照射
する励起光照射手段と、光感受性物質が発する蛍光を検
出して生体の蛍光像を撮像する手段と、この撮像手段の
出力を受けて上記蛍光像を表示する画像表示手段とから
なるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内
視鏡（電子内視鏡を含む）や、手術用顕微鏡等に組み込
まれた形に構成される（以下このような装置を蛍光内視
鏡という。）。

【０００４】蛍光内視鏡においては、光感受性物質が発
する蛍光は微弱であり、より高Ｓ／Ｎで撮像するため、
撮像素子を内視鏡装置の先端に配設する手段がとられる
こともある。また、固体撮像素子等の光検出器の暗電流
を小さくしてさらにＳ／Ｎを改善するため、光検出器を
ペルチェ素子に載置してペルチェ素子に電流を供給して
光検出器をより低い温度に冷却する手法が講じられるこ
ともある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように光検出器を
より低い温度に冷却するには、ペルチェ素子による熱ポ
ンプ量を大きくする必要があるが、このようにすると、
ペルチェ素子の発熱側からの発熱量が多くなり、この発
熱を十分に放出できない場合には、定常状態において残
留する熱量分だけ冷却効果が低下することとなる（図７
参照）。

【０００６】この残留熱を防止すべくペルチェ素子の発
熱側の放熱能力を大きくするためには、大きな熱容量を
持つ放熱系（例えば、大きな放熱フィンや比熱の大きな
水等の冷媒を循環させる循環冷却系）を有することが必
要となる。このような放熱系を設けることは冷却装置を
大きくし、その結果蛍光内視鏡等の狭い空間しかないよ
うな測定機器や画像機器にはペルチェ冷却型の撮像素子
を組み込むことは困難であった。

【０００７】さらに、上記のような冷却手段では、ペル
チェ素子の吸熱側をより低い温度にしようとすればする
ほどペルチェ素子で消費される電力は大きくなる。消費
電力が大きいとペルチェ素子に流れる電流が大きくな
り、誘導ノイズにより画像信号に大きな影響を及ぼす。
したがって、撮像素子と本体とを長い線で接続しなけれ
ばならない蛍光内視鏡等の電子内視鏡に、大きな消費電
力のペルチェ素子を実装することは困難である。

【０００８】一方、光検出や観察部の撮像を行うに際し
て、常時信号を検出する必要がなく、所定の時間間隔で
検出等できれば、診断等に必要な信号を信号処理により
得ることも可能である。この場合、検出信号を必要とし
ない間もペルチェ素子に電流を供給し続けると、上述の
ように発熱部の温度上昇の分だけ冷却能力が低下する。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、固体撮像素子等の被冷却素子をペルチェ素子に
載置して冷却するペルチェ冷却装置の冷却効果の改善を
図ることにより、ペルチェ冷却装置を小型化せしめ、電
子内視鏡等の設置スペースとして狭い空間しかないよう
な機器にも適用可能なペルチェ冷却装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるペルチェ冷
却装置は、ペルチェ素子を間欠動作させることを基本思
想とするものである。すなわち、本発明によるペルチェ
冷却装置は、被冷却素子を冷却するペルチェ素子と、前
記被冷却素子を前記ペルチェ素子の吸熱部に載置し、該
ペルチェ素子に供給される電流を間欠駆動する間欠駆動
手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１１】この本発明にかかるペルチェ冷却装置にお
いては、前記ペルチェ素子の冷却効果を高めるため、前
記ペルチェ冷却装置の冷却側の熱容量を小さくする手
段、前記ペルチェ冷却装置の発熱側の熱容量を大きくす
る手段、前記ペルチェ冷却装置の冷却側と発熱側との間
の熱抵抗を大きくする手段、のいずれか、または、これ
ら３つの手段を任意に組み合わせた手段を設けたもので
あることが望ましい。

【００１２】また、本発明にかかるペルチェ冷却装置
は、前記被冷却素子が、前記ペルチェ素子が駆動されて
いるとき（すなわち前記被冷却素子が冷却されていると
き）の出力信号が検出信号として取り扱われる光検出器
である場合に好適である。

【００１３】このような光検出器を用いたペルチェ冷却
装置においては、前記光検出器に入射する光の光路上
で、かつ、前記光検出器から所定の距離以上離れた位置
に赤外光除去手段を設けることが望ましい。

【００１４】ここで、「前記光検出器に入射する光の光
路上」とあるのは、光源から被写体までの光路上、被写
体から光検出器まで光路上の何れでもよい。

【００１５】さらに、「所定の距離」とは、赤外光を吸
収することによる赤外光除去手段の発熱が、前記ペルチ
ェ素子の冷却効果に影響を与えない距離を意味する。

【００１６】また、上述のような光検出器を用いたペル
チェ冷却装置において、前記光検出器が、さらに光検出
器と近接して配された赤外光除去手段を有するものにお
いては、前記ペルチェ素子が駆動されていないときに光
の出射を停止することのできる光照射手段、前記ペルチ
ェ素子が駆動されていないときには前記光検出器への光
の入射を遮断する光遮断手段、のいずれかを設けること
が望ましい。

【００１７】また、上記光検出器を用いたものにおいて
は、前記光検出器が固体撮像素子である場合に好適であ
り、この場合においては、前記間欠駆動手段が、この固
体撮像素子が撮像した画像を担持する映像信号の内の少
なくともブランキング期間は前記ペルチェ素子の駆動を
停止するものであることが望ましい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によるペルチェ冷却装置によれ
ば、ペルチェ素子が間欠駆動することにより、被冷却素
子を冷却しているときにペルチェ素子の発熱部に生じる
熱を、ペルチェ素子の非駆動時に放熱することができ
る。したがって、ペルチェ素子を常時駆動したときにペ
ルチェ素子の発熱部で生じる熱により、定常状態におい
てペルチェ素子の冷却効果が低下する量を小さくするこ
とができ、その分だけペルチェ冷却装置を小型にでき
る。また、ペルチェ素子に供給する電流を小さくするこ
ともできる。特に、ペルチェ素子を駆動する電流のデュ
ーティー比を小さくすることにより、被冷却素子を冷却
しているときにペルチェ素子の発熱部に生じる熱を、ペ
ルチェ素子の非駆動時に十分に放熱することができ、ペ
ルチェ素子の冷却効果の低下を極めて小さくすることが
可能となる。

【００１９】さらに、ペルチェ冷却装置の冷却側の熱容
量を小さくして被冷却素子が冷却し易くしたり、発熱側
の熱容量を大きくして放熱効果を高めたり、冷却側と発
熱側との間の熱抵抗を大きくして、発熱側から冷却側へ
の熱伝導を小さくしたりすることができる。これによ
り、一層ペルチェ素子の冷却効果を高めることができ、
さらに小型化・小電流化が図られることとなる。

【００２０】また、本発明によるペルチェ冷却装置は、
常時信号出力を必要とするものでない場合、例えば被冷
却素子としてペルチェ素子が駆動されているときの出力
信号が検出信号として取り扱われる光検出器である場合
に好適である。

【００２１】この場合、通常光検出器の前面には、赤外
線(IR)カットフィルタが配されるが、このIRカットフィ
ルタが赤外光（近赤外光を含む。以下、単に「赤外光」
という）を吸収することによるIRカットフィルタの発熱
が光検出器の温度を高めるから、光検出器の温度上昇が
ペルチェ素子の熱負荷となる。そこで、赤外光除去手段
を設けることにより、赤外光による光検出器の発熱を防
止することができる。また、ペルチェ素子が駆動されて
いるとき（すなわち検出信号を必要とするとき）のみ光
検出器が光を受光するようにすることで、IRカットフィ
ルタの発熱量を小さくし、赤外光による光検出器の発熱
量を小さくすることも可能である。

【００２２】これにより、ペルチェ素子の熱負荷が軽減
されるから、ペルチェ冷却装置の小型化・小電流化が図
られることとなる。

【００２３】ここで、光検出器としてＣＣＤ等の固体撮
像素子を用いることにより、この固体撮像素子が撮像し
た画像を担持する映像信号のブランキング期間は撮像す
る必要がないから、この間はペルチェ素子の駆動を停止
させることができ、特に特殊な信号処理を行うこともな
くペルチェ素子の熱負荷の軽減を図りつつ、低温時の画
像信号を取り出すことが可能となる。

【００２４】従って、本発明によるペルチェ冷却装置に
よれば、上述の説明で明らかなように、ペルチェ素子に
常時電流を供給する場合に対して、ペルチェ素子の冷却
効果を改善することが可能となり、また、そのための構
成も簡易であり、しかも、小型化・小電流化を図ること
もできるから、電子内視鏡等の設置スペースとして狭い
空間しかないような機器にも適用が可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施
の形態にかかるペルチェ冷却装置の概略構成図であり、
図２はこのペルチェ冷却装置におけるペルチェ素子の駆
動の方法を示すタイミング図である。このペルチェ冷却
装置は、ペルチェ素子20、間欠駆動手段30および放熱フ
ィン40からなる。

【００２６】ペルチェ素子20の吸熱部20a の表面には、
被冷却素子として光検出器10が載置されている。また、
ペルチェ素子20は、その発熱部20b が放熱フィン40と密
接して固着されている。

【００２７】間欠駆動手段30はペルチェ素子20にパルス
電流を供給するものであり、このパルス電流は、ペルチ
ェ素子20に電流を供給している（駆動）期間がTbで、繰
り返しサイクルがTaである。

【００２８】以下上記構成のペルチェ冷却装置の作用に
ついて説明する。ペルチェ素子20に間欠駆動手段30から
電流が供給されているときは、ペルチェ素子20の吸熱部
20aは温度が低下する。この温度の低下量は、ペルチェ
素子20の特性により定まるものであり、吸熱部20a と発
熱部20b との温度差Caで表されるものである。したがっ
て、ペルチェ素子20に間欠駆動手段30から電流が供給さ
れているときは、吸熱部20a と発熱部20b との温度差が
常にCaとなるように作用する。

【００２９】発熱部20b は放熱フィン40により発熱部20
b から発せられる熱を外部に放出するようになってお
り、ペルチェ素子20に電流を供給しているときに発せら
れる熱をペルチェ素子20への電流が停止しているときに
放熱フィン40を介して外部環境に放出する。ペルチェ素
子20に電流を供給している時間が短ければ発熱部20b に
生じる発熱量を十分に放出することができるので、発熱
部20b は殆ど温度上昇を生じることなく、通常は室温に
保つように作用する。なお、実際には、放熱フィン40の
放熱能力の関係で、発熱部20b は若干の温度上昇を生じ
る。図２(C) を参照してこの理由について説明する。

【００３０】図２(C) は、図２(A)および(B)におけるT1
からT6までの期間を拡大表示したタイミング図である。
ペルチェ素子20に電流を長時間供給しなければ、発熱部
20aは室温に達する（これを初期状態とする）。最初に
ペルチェ素子20に電流を供給したとき(T1）は、吸熱部2
0aは発熱部20b の温度（すなわち室温）よりCaだけ低下
した温度に達する。このとき、発熱部20b では熱消費を
生じ、その分だけ温度上昇を始め、ペルチェ素子20の駆
動を停止する直前(T2)には室温よりC2だけ上昇する。

【００３１】ペルチェ素子20の駆動が停止されたとき
（T2からT3まで）、吸熱部20a は徐々に発熱部20b の温
度になる。一方、放熱フィン40が駆動中に発熱部20b で
生じた熱を外部に放出するので発熱部20b の温度が徐々
に低下し、室温に復帰しようとする。しかし、放熱フィ
ン40の放熱能力が十分でなければ、ペルチェ素子20に再
度電流を供給する直前(T3)には、室温に復帰し得ず室温
よりC3だけ高い温度になる。

【００３２】このとき、ペルチェ素子20に再度電流を供
給すると、吸熱部20a は発熱部２０ｂの温度（すなわち
室温よりＣ３だけ高い温度）よりCaだけ低下した温度に
達する。したがって、吸熱部20a の温度は最初の冷却温
度には達し得ず、最初の冷却温度よりC3だけ高い温度に
なる。つまり、冷却能力が再駆動直前の発熱部20b の温
度上昇分C3だけ低下したことになる。また、このとき、
上述同様に発熱部20b では熱消費を生じ、その分だけ温
度上昇を始め、ペルチェ素子20の駆動を停止する直前(T
4)には室温よりC4だけ上昇する。

【００３３】次に再びペルチェ素子20の駆動が停止され
たとき（T4からT5まで）、上述同様に放熱フィン40が駆
動中に発熱部20b で生じた熱を外部に放出するので発熱
部20b の温度が徐々に低下し、室温に復帰しようとす
る。しかし、放熱フィン40の放熱能力が十分でなけれ
ば、ペルチェ素子20に再度電流を供給する直前(T5)に
は、室温に復帰し得ず室温よりC5だけ高い温度になる。

【００３４】このような動作を繰り返し、やがて、ペル
チェ素子20を駆動しているときの発熱部20b の発熱量と
駆動を停止しているときの放熱フィン40の放熱能力のバ
ランスするところで安定し、ペルチェ素子20を駆動して
いるときの吸熱部20a の温度は室温よりCn（Caより小さ
い）だけ低下した温度となる。しかしながら、このCaと
Cnとの差は、ペルチェ素子20を常時駆動する場合に対し
て、駆動を停止している期間に放熱フィン40により発熱
部20b の熱を放出した分だけ小さくなる。

【００３５】したがって、ペルチェ素子20の有する冷却
能力を十分に反映させることが可能となり、ペルチェ素
子20を常時駆動する場合より冷却効率が改善される。

【００３６】このため、吸熱部20a に載置された光検出
器10も安定状態では、室温からCnだけ低下した温度にな
り、ペルチェ素子20の有する冷却能力を十分に反映させ
て光検出器10を冷却することが可能となる。

【００３７】なお、放熱フィン40の放熱能力が十分あ
り、ペルチェ素子20の駆動が停止しているときに、発熱
部20b の熱を十分に放出し得るときは、再駆動毎に吸熱
部２０ａの温度が室温よりＣａだけ低い温度に達するの
はいうまでもない。

【００３８】したがって、従来のようにペルチェ素子20
に常時電流を供給した場合、発熱部20b の温度上昇に伴
う冷却能力の低下のため（図７参照）、所定温度まで光
検出器10を低下させようとした場合に大きな電流供給を
必要としていたものが、本発明によるペルチェ冷却装置
によれば、少ない電流供給でも十分に光検出器10を低下
させることが可能となり、ひいては小型の冷却装置でよ
いこととなるから、本発明によるペルチェ冷却装置を小
型の機器に適用することが可能となる。

【００３９】なお、発熱部20b の温度上昇を防止するた
め放熱フィン40を大きな熱容量を持つ放熱系にすること
が可能である。例えば、比熱の大きな水等の冷媒を循環
させる循環冷却系にすることが可能である。この場合に
おいても、前記温度上昇はわずかなものであったから、
小型の循環冷却系でよい。

【００４０】また、ヒートパイプを用いて発熱部20a を
冷却するものであってもよい。

【００４１】さらに、発熱部20a を、内視鏡等の画像機
器や測定器の本体（または本体ケース）に固着し、その
本体を冷却部材として使用することも可能である。

【００４２】また、発熱部20b の温度上昇を防止する別
の手段として、駆動制御手段30によるペルチェ素子20の
駆動電流のデューティー比を低下させることにより、ペ
ルチェ素子20を駆動しているときの発熱部20b の発熱量
と駆動を停止しているときの放熱フィン40の放熱能力の
バランス点を低い温度に変えることも可能である。例え
ば、図３に示すように駆動電流の繰り返しサイクルを変
えずに（Ta' ＝Ta）、ペルチェ素子20に電流が供給され
る期間(Tb' )すなわちペルチェ素子20を冷却する期間を
短くすることにより、ペルチェ素子20に電流を供給して
いるときに発熱部20b から発せられる熱を、ペルチェ素
子20の駆動が停止しているときに放熱フィン40を介して
十分に外部に放出することが可能となり、これにより、
再度ペルチェ素子20に電流が供給される直前には発熱部
20b が室温に近い温度に達しており、ペルチェ素子20の
冷却能力を十分に発揮させて、冷却効果を高めることが
できる。そして、場合によってはペルチェ素子20に電流
を供給しているときに発熱部20b から発せられる熱を、
ペルチェ素子20の駆動が停止しているときに放熱フィン
40を介して完全に外部に放出することも可能となる。

【００４３】一方、光検出器10の出力信号のうちペルチ
ェ素子20が駆動されているときの所定の期間Tcの信号が
必要とされる信号である。このため、図示しない信号処
理回路にて期間Tcの信号のみを扱うように所定の信号処
理を受ける。そして信号処理回路から出力される信号を
検出信号として扱う。これにより、例えば、内視鏡装置
等においては、光検出器10が冷却されているときの信号
のみに基づいて診断を行うことができる。

【００４４】例えば、光検出器10として固体撮像素子を
使用したとき、この固体撮像素子が撮像した画像を担持
する映像信号のブランキング期間は元々映像信号出力を
必要としないから、ブランキング期間はペルチェ素子20
の駆動を停止してもかまわない。したがって、通常の信
号処理を行うのみで、ペルチェ素子20を間欠駆動しつ
つ、固体撮像素子が冷却されている期間のみの映像信号
を取り出すことも容易に可能となる。なお、ブランキン
グ期間には垂直および水平のブランキング期間がある
が、ペルチェ素子20の駆動を両方の期間停止させてもよ
いし、いずれか一方の期間だけ停止させてもよい。

【００４５】次に図４を参照して本発明の第２の実施の
形態について詳細に説明する。なお、この図４におい
て、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それ
らについての説明は特に必要のない限り省略する。

【００４６】この第２の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置は、光検出器10とペルチェ素子20の載置構造を改
善したものである。なお、ペルチェ素子20が間欠駆動手
段30により間欠駆動される点については、上述の第１の
実施の形態にかかるペルチェ冷却装置と同様である。

【００４７】図４(A) は、この第２の実施の形態にかか
るペルチェ冷却装置の斜視図であり、同図(B) はその側
断面図であり、同図(C) はバンプ14近傍の詳細図であ
る。ペルチェ素子20の吸熱部20a の表面に光検出器10が
ベアチップの状態でダイボンディングされている。ペル
チェ素子20の発熱部20b は放熱フィン40に固着されてお
り、ペルチェ素子20は間欠駆動手段30と接続されてい
る。

【００４８】光検出器10およびペルチェ素子20の外周側
面はガラス等の熱抵抗の大きな支持部材52で囲まれてい
る。光検出器10の受光面10a には、ガラス等の透明硬質
基板50が支持部材52に支持されて載置されている。

【００４９】光検出器10の各外部配線用パッド12がバン
プ14を介して透明硬質基板50上の配線パターン58に接続
され、この配線パターン58は透明硬質基板50の端部52a
にてＦＰＣ等の外部接続用リード59と接続されている。
なお、配線パターン58は透明硬質基板50の両面で配線す
ることも可能であり、バンプ14と表面50C の接続は,例
えば裏面50b と表面50c とをスルーホール57で接続する
ことにより可能となる（図４(C) 参照）。また、透明硬
質基板50をIRカットフィルタとすることも可能である。

【００５０】以下上記構成のペルチェ冷却装置の作用に
ついて説明する。ペルチェ素子20の吸熱部20a の表面に
光検出器10がベアチップの状態でダイボンディングされ
ているから、間欠駆動手段30によりペルチェ素子20が駆
動されて吸熱部20a が冷却されたとき光検出器10も同様
に冷却される。このとき、光検出器10をベアチップの状
態でダイボンディングしてるため、吸熱部20a と光検出
器10からなる冷却側の熱容量が極めて小さく、吸熱部20
a の温度を瞬時に光検出器10に伝導することができる。
したがって、光検出器10を冷却するためにペルチェ素子
20に供給される電流を小さくすることができる。また、
駆動電流のデューティー比を低下させることができる。

【００５１】また、光検出器10の受光面10a は、バンプ
14、透明硬質基板50および支持部材52を介して放熱フィ
ン40と熱的に接続されている。しかしながら、支持部材
52は熱抵抗が大きな材質のもの（例えばガラス等）を使
用しているため、ペルチェ素子20の発熱部20b で発せら
れる熱が放熱フィン40で外部に放出される際においても
その熱が支持部材52を熱伝導しにくいため、放熱フィン
40の放出熱が光検出器10の受光面10a に伝達される熱量
を小さくすることができる。

【００５２】図４(C) に示すようにバンプ14を高く（ｈ
を大きくする）したり、その径を細く（φを大きく）し
たり、また、熱抵抗の大きな材質のもの（例えば金では
なく半田にする）に変更することにより、バンプ14の熱
抵抗を大きくし、放熱フィン40の放出熱が光検出器10の
受光面10a に伝達される熱量をさらに小さくすることが
できる。

【００５３】上記説明のような構成とすることにより、
ペルチェ素子20の発熱部20a および放熱フィン40等の発
熱側から冷却側への熱伝導を極めて小さくすることがで
き、ひいてはペルチェ素子20の冷却効率を高めることが
できる。したがって、ペルチェ素子20に供給する電流を
小さくすることができる。このため、ペルチェ素子20に
供給される電流による誘導ノイズが画像信号に影響を与
えるという問題を生じることがない。また、図４より明
らかなように、そのための構造も簡易であるから小型化
することができる。このため、電子内視鏡等の狭い空間
しかない機器にこのペルチェ冷却装置を適用することが
可能となる。

【００５４】次に図５を参照して本発明の第３の実施の
形態について詳細に説明する。なお、この図５におい
て、図４中の要素と同等の要素には同番号を付し、それ
らについての説明は特に必要のない限り省略する。

【００５５】この第３の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置は、光検出器10から外部への信号の取出しが接続
線16によりなされる点において第２の実施の形態にかか
るペルチェ冷却装置と異なる。なお、ペルチェ素子20が
間欠駆動手段30により間欠駆動される点については、上
述の第２の実施の形態にかかるペルチェ冷却装置と同様
である。

【００５６】図５は、この第３の実施の形態にかかるペ
ルチェ冷却装置の光検出器10近傍の側断面図である。ペ
ルチェ素子20の吸熱部20a の表面に光検出器10がベアチ
ップの状態でダイボンディングされている。

【００５７】光検出器10およびペルチェ素子20の外周側
面は支持部材54で囲まれている。光検出器10の受光面10
a の上面には、ガラス等の透明硬質基板51が支持部材54
および56に支持されて載置されている。

【００５８】光検出器10の各外部配線用パッド12が接続
線16を介して支持部材54と56との間に付設された電極18
に接続され、この電極18を介して外部に接続できるよう
になっている。

【００５９】以下上記構成のペルチェ冷却装置の作用に
ついて説明する。ペルチェ素子20の吸熱部20a の表面に
光検出器10がベアチップの状態でダイボンディングされ
ているから第２の実施の形態と同様に、冷却側の熱容量
が極めて小さく、光検出器10を冷却するためにペルチェ
素子20に供給される電流を小さくすることができる。

【００６０】また、接続線16はバンプによる場合に対し
て簡単に長くすることができ、熱抵抗を大きくすること
が極めて容易である。したがって、光検出器10の各外部
配線用パッド12を接続線16を介して電極18に接続するこ
とにより、支持部材54および56が特に熱抵抗の大きな材
質のものである必要もない。なお、接続線16の径を細く
したり（φ25〜φ100μｍ）、また、熱抵抗の大きな材
質のもの（例えば金ではなくφ25〜φ50μｍの半田線に
する）に変更することにより、接続線16の熱抵抗をさら
に大きくし、放熱フィン40の放出熱が光検出器10の受光
面10a に伝達される熱量をさらに小さくすることができ
る。

【００６１】上記説明のような構成とすることにより、
ペルチェ素子20の発熱部20a および放熱フィン40等の発
熱側から冷却側への熱伝導を極めて小さくすることがで
き、ひいてはペルチェ素子20の冷却効率を高めることが
でき、ペルチェ素子20に供給する電流を小さくすること
ができる。このため、ペルチェ素子20に供給される電流
による誘導ノイズが画像信号に影響を与えるという問題
を生じることがない。また、図５より明らかなように、
そのための構造も簡易であるから小型化することができ
る。このため、第２の実施の形態と同様に、電子内視鏡
等の狭い空間しかない機器にこのペルチェ冷却装置を適
用することが可能となる。

【００６２】次に図６を参照して本発明の第４の実施の
形態について詳細に説明する。なお、この図６におい
て、図４中の要素と同等の要素には同番号を付し、それ
らについての説明は特に必要のない限り省略する。

【００６３】この第４の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置は、光源60から発せられた光（照明光、励起光
等）を生体等の被写体62に照射し、被写体で反射した反
射光や、励起光により励起された生体内在色素が発する
蛍光等をＣＣＤ固体撮像素子等の光検出器10で受光する
ものである。図６はこのペルチェ冷却装置の概略構成図
であり、光検出器10およびペルチェ素子20を側断面図で
表している。

【００６４】光検出素子10がペルチェ素子20の吸熱部20
a に密接して固着されており、発熱部20bは放熱フィン4
0と固着され、放熱フィン40は筐体42に固着されてい
る。

【００６５】光検出素子10の受光面側にはIRカットフィ
ルタ44が近接して配されている。このIRカットフィルタ
44は、赤外光が光検出素子10の出力信号におよぼす影響
を除去するために配設されるもので、撮像素子等におい
て通常的に用いられるものである。

【００６６】光検出素子10、ペルチェ素子20、放熱フィ
ン40は、IRカットフィルタ44の部分を除く全体が筐体42
により囲まれている。

【００６７】ペルチェ素子20は、間欠駆動手段30と接続
されており、間欠駆動手段30の一の出力が光源60と接続
されている。光源60は間欠駆動手段30がペルチェ素子20
を駆動しているときにのみ光を発するように間欠駆動手
段30からの信号に基づいて制御可能となっている。な
お、ペルチェ素子20が間欠駆動手段30により間欠駆動さ
れる点については、上述の第２の実施の形態にかかるペ
ルチェ冷却装置と同様である。

【００６８】以下上記構成のペルチェ冷却装置の作用に
ついて説明する。IRカットフィルタ44は、光（特に、赤
外光）を受けると発熱する特性を有している。このた
め、IRカットフィルタ44が発熱すると、IRカットフィル
タ44と密着した光検出器10も、その温度が上昇すること
となる。この温度上昇は、ペルチェ素子20にとっては熱
負荷となる。ところで、光源60はペルチェ素子20に電流
が供給されていないときには発行を停止させることがで
きるから、IRカットフィルタ44で発する熱量を常時発光
させているときよりも低く抑えることが可能となる。こ
れにより、ペルチェ素子20の熱負荷も小さくなり、冷却
部の熱容量を小さくできるから、その分だけペルチェ素
子20に供給する電流を小さくすることができ、装置の小
型化に寄与しうる。

【００６９】一方、このペルチェ冷却装置においても、
光検出器10の出力信号のうちペルチェ素子20が駆動され
ているときの所定の期間Tcの信号が必要とされる信号で
ある。このため、図示しない信号処理回路にて期間Tcの
信号のみを扱うように所定の信号処理を受ける。そして
信号処理回路から出力される信号を検出信号として扱
う。

【００７０】したがって、上述のようにペルチェ素子20
に電流が供給されていないときに光源60を停止させても
何ら問題がない。これにより、例えば、内視鏡装置等に
おいては、光検出器10が冷却されているときの信号のみ
に基づいて診断を行うことができる。

【００７１】また、光源60を常時発光させたまま、光源
60からIRカットフィルタ44までの光路上（例えば、図６
におけるＸまたはＹ）に、ペルチェ素子20に電流が供給
されていないときには光を遮断する光チョッパ・液晶シ
ャッタ等の光遮断手段46を配設してもよい。このような
構成とすることで、ペルチェ素子20に電流が供給されて
いないときには光はIRカットフィルタ44まで到達すると
いうことがなく、IRカットフィルタ44で発する熱量を光
遮断手段46を配設しないときよりも低く抑えることが可
能となる。したがって上記と同様に、ペルチェ素子20の
熱負荷も小さくなり、冷却部の熱容量を小さくできるか
ら、その分だけペルチェ素子20に供給する電流を小さく
することができき、装置の小型化に寄与しうる。

【００７２】また、光源60を常時発光させたまま、光源
60からIRカットフィルタ44までの光路上で、赤外光を吸
収することによる赤外光除去手段47の発熱が、ペルチェ
素子に熱負荷の変動をおよぼさない距離（例えば、図６
におけるＸまたはＹ）の位置に赤外光を除去する光学フ
ィルタ等の赤外光除去手段47を配設してもよい。このよ
うにすることで、赤外光は赤外光除去手段47を透過する
ことなくIRカットフィルタ44まで到達しないからIRカッ
トフィルタ44の発熱を生じさせない。したがって、光源
60から発せられる光によるペルチェ素子20の熱負荷を生
じないから、その分だけペルチェ素子20に供給する電流
を小さくすることができ、一層装置の小型化に寄与しう
る。

【００７３】なお、IRカットフィルタ44自体を上記Ｘま
たはＹの位置に配設し、光検出器10の前面にはIRカット
フィルタ44を配設しないこととしてもかまわない。さら
に、光源60自体が赤外光を発しないものとしてもよい。

【００７４】なお、上記説明は被冷却素子として固体撮
像素子等の光検出器を用いた場合について説明したもの
であるが、本発明によるペルチェ冷却装置は、上述した
実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思
想を逸脱しない範囲内において種々の改良並びに設計の
変更が可能である。すなわち、ペルチェ素子を間欠駆動
することにより、冷却期間中にペルチェ素子の吸熱部で
発せられる熱を駆動停止期間中に放出させることにより
ペルチェ素子の冷却効率を改善するものである限り、被
冷却素子が何であるかは問わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置の概略構成図

【図２】上記ペルチェ冷却装置におけるペルチェ素子の
駆動の方法を示すタイミング図(A),(B),(C)

【図３】ペルチェ素子の他の駆動の方法を示すタイミン
グ図

【図４】本発明の第２の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置の斜視図(A)、側断面図(B)、バンプ近傍の詳細図
(C)

【図５】本発明の第３の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置の光検出器近傍の側断面図

【図６】本発明の第４の実施の形態にかかるペルチェ冷
却装置の概略構成図

【図７】ペルチェ素子を常時駆動したときの冷却効率の
変化を表す図

【符号の説明】

10 光検出器（被冷却素子） 14 バンプ 16 接続線 20 ペルチェ素子 20a 吸熱部 20b 発熱部 30 間欠駆動手段 40 放熱フィン 42 筐体 44 IRカットフィルタ 46 光遮断手段 47 赤外光除去手段 50,51 透明硬質基板 52,54,56 支持部材 60 光源

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被冷却素子を冷却するペルチェ素子と、 前記被冷却素子を前記ペルチェ素子の吸熱部に載置し、
   該ペルチェ素子に供給される電流を間欠駆動する間欠駆
   動手段とを備えたことを特徴とするペルチェ冷却装置。
2. 【請求項２】 前記ペルチェ冷却装置の冷却側の熱容量
   を小さくする手段を設けたことを特徴とする請求項１記
   載のペルチェ冷却装置。
3. 【請求項３】 前記ペルチェ冷却装置の発熱側の熱容量
   を大きくする手段を設けたことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のペルチェ冷却装置。
4. 【請求項４】 前記ペルチェ冷却装置の冷却側と発熱側
   との間の熱抵抗を大きくする手段を設けたことを特徴と
   する請求項１から３いずれか１項記載のペルチェ冷却装
   置。
5. 【請求項５】 前記被冷却素子が、前記ペルチェ素子が
   駆動されているときの出力信号が検出信号として取り扱
   われる光検出器であることを特徴とする請求項１から４
   いずれか１項記載のペルチェ冷却装置。
6. 【請求項６】 前記光検出器に入射する光の光路上で、
   かつ、前記光検出器から所定の距離以上離れた位置に赤
   外光除去手段を設けたことを特徴とする請求項５項記載
   のペルチェ冷却装置。
7. 【請求項７】 前記光検出器が、該光検出器と近接して
   配された赤外光除去手段を有するものであり、 前記ペルチェ素子が駆動されていないときに光の出射を
   停止することのできる光照射手段を設けたことを特徴と
   する請求項５記載のペルチェ冷却装置。
8. 【請求項８】 前記光検出器が、該光検出器と近接して
   配された赤外光除去手段を有するものであり、 前記ペルチェ素子が駆動されていないときには前記光検
   出器への光の入射を遮断する光遮断手段を設けたことを
   特徴とする請求項５記載のペルチェ冷却装置。
9. 【請求項９】 前記光検出器が固体撮像素子であり、 前記間欠駆動手段が、該固体撮像素子が撮像した画像を
   担持する映像信号の内の少なくともブランキング期間は
   前記ペルチェ素子の駆動を停止するものであることを特
   徴とする請求項５から８いずれか１項記載のペルチェ冷
   却装置。