(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子に入射された光を所定の色成分に分解する色分解プリズムの各色成分光射出面に固定された固体撮像素子を用いてカラー撮像を行う固体撮像装置において、
上記各固体撮像素子の裏面に接して配置される熱吸収部材と、該各熱吸収部材の上記接触面と相対する他の面に接して配置される第１の熱伝導部材と、該各第１の熱伝導部材に固定された可ぎょう性を有する第２の熱伝導部材と、上記各第１の熱伝導部材に加圧する板バネとを有し、該各板バネが所定の圧力でもって上記各第１の熱伝導部材をそれぞれ上記各固体撮像素子に向けて押さえ付け、上記固体撮像素子、上記熱吸収部材及び上記第１の熱伝導部材とを各々密着させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
上記各固体撮像素子と上記第１の熱伝導部材との間に配設される上記熱吸収部材をペルチェ冷却素子とし、該各ペルチェ冷却素子が上記固体撮像素子から熱を吸収し、上記第１の熱伝導部材へ熱を放熱するよう動作させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１乃至２に記載の固体撮像装置において、
上記第２の熱伝導部材は、曲げ部を有すると共に、該曲げ部に各々スリットを設けたことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いた固体撮像装置係わり、特に固体撮像素子の放熱機構の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子は、動作中のそれ自身の温度上昇に伴なって固体撮像素子内の暗電流が増加するため、より高い温度の固体撮像素子で撮像された画像の画質は、より劣化する。そのため、固体撮像装置においては、固体撮像素子を冷却する機構を設けるものがある。一方、より鮮明な画像を得るためには、固体撮像装置における各固体撮像素子の取り付け精度を１μｍ程度以下に保つ必要がある。そのため、取付時の機械的ストレスの発生や、熱膨張または熱収縮による寸法変化の影響が、取り付け精度を劣化させることを考慮して固体撮像素子および上記冷却機構を固体撮像装置内に取り付ける必要がある。
【０００３】
そのため従来技術としては、固体撮像素子の裏面に熱伝導性の良好な固定部材を設け、金属箔が重ね合わされて形成された熱伝導部材を介してカメラ筐体へ放熱し、固体撮像素子の冷却を行なっているものがある。
【０００４】
以下、この従来技術による固体撮像装置の構造について、図３〜図５を用いてより詳しく説明する。
図３において、１はカメラ筐体、２は色分解プリズムで、色分解プリズム２は撮像レンズ（図示せず）から入射した光を所定の色成分ごと、例えば、３原色の光に分解する。その各々分解された光成分は、それぞれ固体撮像素子３によって電気信号に変換された後、固体撮像装置内の処理回路によって合成され、撮像画像が得られる。
【０００５】
固体撮像素子３の背面３ｂには、固体撮像素子３内の熱を吸収するために、銅板からなる熱伝導チップ２１が密着固定され、さらに熱伝導チップ２１には熱伝導板２２が密着固定されている。また、熱伝導板２２の後方には、絶縁板２３をはさんでセンサ基板４が配置される。このセンサ基板４は、固体撮像素子３からの信号を処理する回路を有し、固体撮像素子３の端子３ａがはんだ付け固定される。さらに、色分解プリズム２の各色成分光射出面に固定して取付けられた第１の金具５と、各固体撮像素子３に固定して取付けられた第２の金具６とをはんだ７でもってはんだ付けすることによって、色分解プリズム２と撮像素子３とが固定される。
【０００６】
一方、各熱伝導板２２は、取付ネジ２５によって銅箔放熱板２４に密着固定される。また、銅箔放熱板２４は、取付ネジ２６によってカメラ筐体１に密着固定される。銅箔放熱板２４は、複数の銅箔、例えば、銅箔２４ａから銅箔２４ｆまでが薄い粘着剤でもって接合かつ一体化されて層状に積層されたものであり、例えば図５に示すような、プレス加工により切断、曲げ加工が処された形状となっている。また、銅箔放熱板２４の可ぎょう性を更に良くするために、各々の曲げ部ごとにスリットが数本設けられている。
【０００７】
以上のような構造によって、撮像素子３から発熱した熱は、熱伝導チップ２１を介して熱伝導板２２まで伝達され、さらに、その伝達された熱は可ぎょう性のある銅箔放熱板２４によってカメラ筐体１まで伝達される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術には下記に示す問題点を有する。
すなわち、各固体撮像素子は、それぞれ色分解プリズムに対し光学的な３次元位置調整を行なった後に、色分解プリズムに固定される。そのため、個別に調整された結果、Ｒ、Ｇ、Ｂ各チャネルの３つの固体撮像素子の位置関係は定まっておらず、固体撮像装置によりその位置関係が、あらゆる方向にずれたものとなる可能性がある。その結果、上述のように熱伝導チップを介して固体撮像素子の裏面に密着固定された熱伝導板２２の各ネジ穴位置と、それに対応する熱伝導部材２４のネジ穴位置との相対的なずれ量がより大きくなる可能性がある。また、この放熱構造を構成する各部材が有する寸法誤差が累積された結果によっても、前記ネジ穴位置の相対的なずれは生じる。
【０００９】
従って、銅箔放熱板２４が取付ネジ２５及び２６で各々熱伝導板２２及びカメラ筐体１へネジ締結される場合、各々のネジ穴位置ずれ量が大きく、そのため生じる機械的ストレスは、可ぎょう性のある銅箔放熱板２４だけでもって吸収させなければならず、その機械的ストレスが著しく１方向へ片寄った場合等は、熱伝導板２２に密着固定された固体撮像素子３において、銅箔放熱板２４でもって吸収し切れなかった多大なストレスを受ける可能性がある。その場合、そのストレスによって固体撮像素子の取り付け位置がずれ、その取り付け精度が悪化することによってレジストレーションのずれが発生し、撮像する画質を劣化させるという欠点がある。また、この放熱経路のうち、固体撮像素子３から熱伝導板２２までの部分は金属等の剛体からなる上、それぞれ固定されてつながっており、熱伝導板２２のネジ締結時において、ネジの締付トルクによる機械的ストレスが固体撮像素子へ加わり、レジストレーションのズレが発生する。なお、このネジ締結によるレジストレーションのずれの発生を防止するには、前述のネジ締結時の締付トルクの規制を行わなければならず、そのことにより組立性の悪化および伝熱効率の悪化が生じる。
【００１０】
本発明はこれらの欠点を除去し、固体撮像素子を効率良く冷却すると共に、組立性の良い固体撮像素子冷却構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、固体撮像素子からの熱を吸収することができる第１の熱伝導部材と、重ね合わされた金属箔で形成された可ぎょう性の優れた第２の熱伝導部材とを、それぞれ複数の色チャネル、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ各チャネルの固体撮像素子の裏面に各々配設する。そして、上記各固体撮像素子にそれぞれ取り付けられた板ばねにより、第１の熱伝導部材および第１の熱伝導部材に取り付けられた第２の熱伝導部材を、所定の圧力で固体撮像素子の背面に密着させるようにしたものである。
【００１２】
上述した構成によれば、固体撮像素子から発生した熱を上記熱伝導部材を介して、第２の熱伝導部材がねじ固定されたカメラ筐体側へ効率良く放熱することができ、さらに、前述した組立時のネジ穴位置ずれによって起こる機械的ストレスは、各々Ｒ、Ｇ、Ｂ各チャネルに分散され、それぞれのストレスを各々の第２の熱伝導部材の可ぎょう性によって吸収するので、レジストレーションずれの発生を抑えることができる。
【００１３】
また、上述した構成によれば、第１の熱伝導部材と熱吸収部材とが接する面およびその熱吸収部材と固体撮像素子が接する面は、所定の圧力でもって密着されているだけであり、固定されていないので、第２の熱伝導部材を第１の熱伝導部材にねじ固定した場合、または第２の熱伝導部材をカメラ筐体側にねじ固定した場合であっても、ねじ締めトルクによってそれら密着面の擦れが生じることによって、そのネジ締めトルクによる固体撮像素子への機械的ストレスの影響が生じないようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について、図１及び図２を用いて説明する。図１における１から７までは、前述した従来の技術で説明したものと同様であり、ここでは説明を省略する。
【００１５】
図１において、第２の金具６には、後述する板バネ１４を取付けるための、ネジ部を有した支柱８が取付けられる。固体撮像素子３の裏面３ｂには、熱伝導性両面接着テープ１０を介して熱吸収部材であるペルチェ冷却素子９の吸熱部が接触され、ペルチェ冷却素子９の放熱部には、同じく熱伝導性接着テープ１０を介して、高熱伝導率の金属で形成された第１の熱伝導部材１１が接触される。
【００１６】
また、１２は、高熱伝導率の金属箔が重ね合わされて形成された上、可ぎょう性を増すためにスリットを有する曲げ部が設けられた第２の熱伝導部材である。この第２の熱伝導部材１２は、取り付けねじ１８および押え板１３により第１の熱伝導部材１１に圧接固定される。押え板１３は、第１の熱伝導部材１１と第２の熱伝導部材１２との密着において、より密着度が高くなるようにそれらのねじ締め時の締め付け圧力がそれらのより広い面積に加わるようにするために設けられたものである。
【００１７】
さらに、１４は板バネ、１５は板バネ１４に取り付けられる絶縁チップで、この絶縁チップ１５は熱絶縁性を高めるため、例えば、難燃性プラスチックで形成される。この板バネ１４は、取り付けねじ１９によって前述の支柱８にねじ止め固定されることにより、取り付けられた絶縁チップ１５を介して所定の圧力でもって、金具６に取り付けられた固体撮像素子３の方向に、第１の熱伝導部材１１を押さえ付けるようにする。このため、固体撮像素子３とペルチェ冷却素子９、およびペルチェ冷却素子９と第１の熱伝導部材１１とが密着させられる。
【００１８】
各第２の熱伝導部材１２は、カメラ筐体１にねじ結合された放熱板１６のそれぞれの取り付け位置に、それぞれ角ワッシャ１７をはさみ込ませた上、取り付けネジ２０によって圧接固定される。
【００１９】
以上説明した構造とすることにより、固体撮像素子３から発生した熱は、ペルチェ冷却素子９の吸熱側によって吸収される。その吸収された熱は、ペルチェ冷却素子９の放熱側と密着した第１の熱伝導部材１１に伝達され、さらに、それから第２の熱伝導部材１２と放熱板１６を介してカメラ筐体１へ効率よく放熱される。
【００２０】
このとき、各部材の温度変化によって生じる各部品における機械的ストレスは、複数の第２の熱伝導部材１２によって分散され、かつ、各々第２の熱伝導部材の可ぎょう性によって吸収されるので、レジストレーションのずれが発生しない。
【００２１】
また、第２の熱伝導部材１２が取り付けられた第１の熱伝導部材１１を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各チャネルの固体撮像素子３の裏面３ｂに、所定の圧力で押しつけられて密着されることで、従来の技術で述べられた構造とは異なり、第２の熱伝導部材１２と固体撮像素子３とは固定されていない。従って、ネジの締め付け時に上記密着個所で擦れを生じさせることができ、機械的ストレスが固体撮像素子３に及ぶことがないので、ネジ締付トルクを規制する必要がなく、組立性が非常に良い。
【００２２】
図１に示した実施例では、熱吸収部材としてペルチェ冷却素子９を使用しているが、その部材設けるを必要が無い場合は、第１の熱伝導部材１１を固体撮像素子３の裏面へ直接接触させたとしても、良好な放熱効果が得られる。
【００２３】
また、固体撮像素子３を更に冷却したい場合は、図２に仮想線で示す様に、熱伝導部材１１の両端から放熱板１６のみならず放熱板１６’にも放熱する様な構造とすれば、更なる冷却効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却機構を固体撮像素子に取り付けたことによっては、その冷却機構からの機械的ストレスが固体撮像素子に影響を及ぼすことのないようにし、その影響によるレジストレーションのずれが発生しないようにすることができる。
【００２５】
また、、熱伝導材の形状が単純で加工性がよい固体撮像装置を実現することができる。
さらに、所定の圧力により密着させることで、その密着部分で擦れが起こることにより、ねじ締め時の機械的ストレスをなくすことができるので、ネジ締めトルク規制が必要なく、そのため組立性が向上するので固体撮像装置のコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の固体撮像装置の一部分の分解斜視図。
【図２】本発明の一実施例の固体撮像装置の一部分の断面図。
【図３】従来の技術による固体撮像装置の一部分の分解斜視図。
【図４】従来の技術による固体撮像装置の一部分の断面図。
【図５】銅箔を重ね合せて形成された銅箔放熱板２４の銅箔の重ね合せ状態を説明する図。
【符号の説明】
１  カメラ筐体、２  色分解プリズム、３  固体撮像素子、９  ペルチェ冷却素子、１０  熱伝導性両面接着テープ、１１  第１の熱伝導部材、１２  第２の熱伝導部材、１３  押え板、１４  板バネ、１５  絶縁チップ、１６  放熱板、１７  角ワッシャ、１８〜２０  取付ネジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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