(57)【要約】【課題】  撮像素子の温度または感度上昇による熱特性を有するノイズをフラッシュや画像処理を用いずに削減させ、鮮明な画像を撮影することができる構造、方法、および電子機器を提供することができる。【解決手段】  撮像素子と、撮像素子を冷却するための熱電素子と、撮像素子及び熱電素子が発生させた熱を放熱させるための放熱手段を有し、撮像素子モジュールの露光を開始してから撮像素子が画像情報を取得するまでの間に熱電素子によって撮像素子を冷却する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電素子と、
前記熱電素子により冷却される電子部品と、
前記熱電素子又は前記電子部品に接続され、前記熱電素子又は前記電子部品の表面温度を測定するセンサと、からなる電子機器において、
前記センサの測定結果に応じて、前記熱電素子又は前記電子部品の動作を制御する制御回路を有することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記制御回路は、前記熱電素子の冷却面温度が予め定められた値に達した場合に、前記熱電素子及び前記電子部品のいずれかの電力供給を停止または電力供給量を下げることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記制御回路は、熱電素子の動作を制御する熱電素子制御部と、
前記熱電素子の吸熱側基板に接する電子部品の動作を制御する電子部品制御部と、から構成され、
前記電子部品制御部は、前記熱電素子制御部が前記熱電素子に電力を供給した後、予め定められた時間の経過後に前記電子部品に電力を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記電子部品は、撮像素子であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記制御回路は、前記撮像素子の露出を開始してから、前記撮像素子から画像処理装置の静止画像信号を転送するまでの間に前記熱電素子によって前記撮像素子を冷却していることを特徴とする請求項４記載の電子機器。
【請求項６】
被写体を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子に露出を開始させるための信号を入力する露出スイッチと、
前記露出スイッチに入力された信号により前記撮像素子を制御駆動させる撮像素子駆動回路と、
前記撮像素子からの画像信号を受信する画像処理装置と、から構成される電子機器において、
前記撮像素子に接続されこの撮像素子を冷却する熱電素子と、
前記撮像素子が露出を開始後、前記画像処理装置に画像信号を転送するまでの間に、前記熱電素子を駆動する熱電素子駆動回路と、を有することを特徴とする電子機器。
【請求項７】
前記撮像素子の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記撮像素子駆動回路は、前記撮像素子の温度が予め定められた値以下となった場合に前記撮像素子から前記画像処理装置に画像を転送させることを特徴とする請求項５又は６に記載の電子機器。
【請求項８】
レンズフォーカススイッチと、レンズフォーカス調整手段を有し、
前記熱電素子駆動回路は、前記撮像素子が前記レンズフォーカス調整手段によって焦点調整中に、前記熱電素子を駆動することを特徴とする請求項５から７のうちいずれかに記載の電子機器。
【請求項９】
前記レンズフォーカススイッチは、前記露出スイッチを兼ねることを特徴とする請求項６から８のうちいずれかに記載の電子機器。
【請求項１０】
前記レンズフォーカススイッチは、２段構成であり、第１段階でレンズの焦点調整と熱電素子冷却を開始させ、第２段階で、画像信号を得る動作を開始することを特徴とする請求項８または９に記載の電子機器。
【請求項１１】
前記レンズフォーカススイッチは、３段構成であり、第１段階でレンズの焦点調整と熱電素子冷却の一方を、第２段階で他方を、第３段階で、画像信号を得る動作を開始することを特徴とする請求項８または９に記載の電子機器。
【請求項１２】
前記撮像素子は、前記熱電素子によって冷却され、所定の温度まで下がった場合において前記撮像素子の感度を自動的に上昇させる感度制御手段を有していることを特徴とする請求項５から１１のうちいずれかに記載の電子機器。
【請求項１３】
前記撮像素子モジュールは、前記熱電素子によって前記撮像素子が冷却され、前記感度制御手段を駆使した場合において、シャッタースピードを可変にすることを特徴とする請求項１２記載の電子機器。
【請求項１４】
請求項５から１３のうちのいずれかに記載の電子機器からなるデジタルカメラ。
【請求項１５】
被写体を光電変換する撮像素子が露出を開始するステップと、
前記撮像素子が露出を開始後、画像処理装置に画像信号を転送するまでの間に、前記撮像素子に接続された熱電素子により前記撮像素子を冷却するステップと、からなることを特徴とする電子機器の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐ型及びＮ型熱電半導体材料からなるＰ型及びＮ型エレメントを用いて、ゼーベック効果による温度差発電（熱発電）や、ペルチェ効果による電子冷却・発熱を可能とする熱電素子を用いた電子機器に関し、特に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide、Semiconductor）等の撮像素子を撮影手段とした撮像素子モジュールからなるデジタルカメラ、及び電子機器の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子機器には、電子機器を構成する部品を冷却、加熱するために熱電素子を搭載したものがある。この熱電素子は、Ｐ型熱電半導体材料からなるＰ型エレメントと、Ｎ型熱電半導体材料からなるＮ型エレメントと、表面に電極が形成された２枚の基板と、前記２枚の基板間に前記Ｐ型エレメントと前記Ｎ型エレメントを配置して前記基板と接合させるための接合材と、前記基板の一方に設けられた外部電極を用いて、Ｐ型熱電半導体材料とＮ型熱電半導体材料を電極を介して接合し、ＰＮ接合対を形成することにより、作成される。
【０００３】
この熱電素子は、接合対間に温度差を与えることにより、ゼーベック効果に基づく電力を発生することから発電装置として、また素子に電流を流すことにより接合部の一方で冷却、他方で放熱が生じるペルチェ効果を利用した冷却装置や精密温度制御装置などとしての用途がある。
【０００４】
撮像素子モジュールは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary
Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子（イメージセンサ）によって、画像信号を得ることができる。そして、適正な画像を得るために、従来ではレンズの焦点を自動的に補正するオートフォーカス機能（以降、ＡＦ機能とする）や銀塩フィルムのＩＳＯ感度に相当する光に対する感度を電気的に変更させることを可能としたＩＳＯ感度補正機能を有している。特に周囲環境の照度が低く、適正な露出決定が困難な場合において従来、同一シーンに対してシャッタースピードや感度を変化させながら最適な露出条件を選択するという撮影手段が考え出されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また一般的に電子部品は、熱によって劣化するという問題を有する。例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたデジタルカメラの場合は長時間露光を行うと暗電流が発生する。暗電流は画像上に白色ノイズとして表れてしまい、画質劣化の原因の一つになっていた。
この問題を解決するものとして、熱電素子をモジュール化し、熱電素子の吸熱面に電子部品（ＣＣＤやレーザーダイオード（以下ＬＤと略す）等）、熱電素子の放熱面に放熱用部材（ヒートシンクやヒートスプレッダ等）を接合し、熱電素子及び電子部品を起動させるための電源、制御手段を有する冷却ＣＣＤカメラがある。このカメラの場合、時間の経過と共に撮像素子の温度変化が不安定な状態となるためＰＩＤ制御による温度制御方法に加え、状況に応じてＰＩＤ変数を変換する制御手段を用いた特許文献に示すような形態が一般的である（例えば特許文献２参照。）
【０００６】
【特許文献１】特開平２００３−８７６０８号公報
【特許文献２】特開２０００−１０１８８８号広報（第８頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の撮像素子モジュールでは、周囲の環境照度が低い場合において鮮明な画像を撮影するには、集光量を上げる必要があり、それには感度を上げるか、シャッタースピードを長くする必要があった。
【０００８】
しかし、シャッタースピードを長くすると撮影時の手ブレが問題となり、感度を上げるとノイズ問題が顕著になる。このノイズは撮像素子の電力供給によって生じる熱によって上昇することが知られている。したがって、従来の技術では高感度撮影を行う際に発生するノイズ対策にはノイズリダクション等の画像処理が必要であり、撮像素子が撮影した画像のノイズ自体を発生させずに撮影することはできなかった。
【０００９】
また、撮像素子を長時間駆動させると、撮像素子自体の熱によって撮像素子の温度が上昇してしまうため、暗電流による熱ノイズが画質を劣化させるといった問題があった。
【００１０】
また、特許文献２に示す手段であると、全体の発熱量に対して温度が定常状態を保てるだけの大型ヒートシンクが必要になるだけでなく、ＰＩＤ制御回路やＰＩＤ変数制御回路を用いる必要があり、コストがかかり、電子機器内を複雑化させてしまうといった問題点があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電子部品を熱電素子により冷却する電子機器において、熱電素子を効率良く動作させることで冷却効率を向上させ、小型化することができる電子機器を提供することを目的とする。
また、感度及び温度上昇時におけるノイズを減少させ、鮮明な画像を撮影することができる電子機器及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
【００１２】
本発明の電子機器は、熱電素子と、熱電素子により冷却される電子部品と、熱電素子又は熱電子部品に接続され、熱電素子又は熱電部品の表面温度を測定するセンサと、からなり、センサの測定結果に応じて、熱電素子又は電子部品の駆動を制御する制御回路を有することを特徴とする。この発明によれば、測定された温度に応じて熱電素子又は電子部品の動作を制御するため、効率の良い冷却が可能となる。
【００１３】
また例えば、熱電素子と電子部品両者に同じタイミングで電流を流さず、測定された温度に応じて熱電素子で予め電子部品を冷却した上で、電子部品を起動させることで電子部品をより低温状態で扱うことができ、熱によるノイズや悪影響を緩和できる。特に、撮像素子は、常に露光させ続けるわけではないため、露光を行う数秒前に熱電素子によって温度を下げることで、低温による撮像効果が期待できる。
【００１４】
また本発明の電子機器は、熱電素子の冷却面温度が予め定められた値に達した場合に、熱電素子への電流供給を停止することを特徴とする。この発明によれば、冷却温度が極小値を有した場合において熱電素子を使用継続すると、電子部品自体の熱と熱電素子のジュール熱が戻り熱として、電子部品に流入するため、熱電素子を用いない場合よりも温度上昇していることになる。よって、熱電素子による冷却効果が期待できなくなった時点で熱電素子及び電子部品のいずれかの電流供給を停止することで、熱暴走による温度上昇を緩和させることができる。
【００１５】
また本発明の電子機器における制御回路は、熱電素子の動作を制御する熱電素子制御部と、熱電素子の吸熱側基板に接する電子部品の動作を制御する電子部品制御部と、から構成され、熱電素子制御部は、外部からの入力信号により熱電素子に電流を供給することを特徴とする。この発明によれば、撮像素子を用いたデジタルカメラで考慮すると、熱電素子が発動してから冷却面の温度が極小値に近づくまで数秒はかかってしまうため、シャッターを押してから撮影までにタイムラグが生じてしまう。よって先に熱電素子のみを発動させて撮像素子を冷却しておくことで、撮影者の任意の時期に撮影を行うことができる。
【００１６】
また上記の電子機器において、電子部品はＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子であることを特徴とする。
また本発明の電子機器は、撮像素子の露出を開始してから、撮像素子から画像処理装置に静止画像信号を転送するまでの間に熱電素子によって撮像素子を冷却していることを特徴とするものである。
【００１７】
また、レンズフォーカス機能を有している場合は、レンズフォーカス手段によって焦点調整している間に熱電素子によって冷却する時間を得ることを特徴とする。熱電素子冷却は数秒で効果が得られるため、撮像素子の露光開始及びレンズフォーカスによる焦点調整から画像信号転送までのわずかな時間でも冷却効果が期待できる。これらにより、本発明は、任意の撮影時において撮像素子冷却ができ、熱ノイズを減少させ、鮮明な画像を撮影することができる。
【００１８】
また、撮像素子の露出を開始させるための外部入力手段としてのレンズフォーカススイッチは２段構成であり、第１段階でレンズの焦点調整と熱電素子冷却を開始させ、第２段階で、画像信号を得る動作を開始する場合及び、３段構成であり、第１段階でレンズの焦点調整と熱電素子冷却の一方を、第２段階で他方を、第３段階で、画像信号を得る動作を開始する場合の２種類の外部入力によって、撮影者任意の焦点調整及び撮像素子の温度状態で画像撮影を行うことができる。
【００１９】
さらに、この電子機器は、温度検知手段を有し露出を開始してから熱電素子を駆動し、所定の温度まで撮像素子を冷却してから撮像素子が画像信号を得る動作を実現する制御手段を有していることを特徴とする。これにより、熱ノイズを必要なだけ削減させてから撮像素子を駆動させることができるため、より鮮明な画像を取得することができる。また、所定の温度とは、撮像素子駆動時の温度より低い状態であることを特徴とする。これによれば、撮像素子駆動時の熱的負荷のかかっていない状態で撮影を行うことができるため、熱による画質劣化の影響を小さくすることができる。
【００２０】
この時、感度を自動的に上昇させることでシャッタースピードを下げることも可能であるので、十分な集光量を得られるだけでなく、手ブレの緩和も期待できるため、周囲環境照度が低い環境で、鮮明かつブレの小さい画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、撮像素子を瞬間的に冷却することで、撮像素子の温度上昇による熱ノイズをフラッシュや画像処理を用いずに削減させ、鮮明な画像を撮影することができる構造、方法、および電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態にかかる電子機器について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、本願発明の基本構成としてのＣＣＤモジュール１である。このＣＣＤモジュール１は、電子部品である撮像素子ＣＣＤ１１の直下にこのＣＣＤを冷却する熱電素子１２を設置した構造で、熱電素子１２の吸熱側基板をＣＣＤ１１に接続し、放熱側基板をＣＣＤパッケージ１３に接続することで、熱電素子内蔵型ＣＣＤモジュールを構成する。
【００２３】
図１（ｂ）のＣＣＤモジュール１０は、ＣＣＤ１１をＣＣＤパッケージ１３に設置し、ＣＣＤパッケージ外側に熱電素子１２を設置して、熱電素子からの発熱を放熱するための放熱板１４（例えば金属やアルミ等で形成される）を接合させることで成立する熱電素子外付けＣＣＤモジュールである。
いずれでも本発明は適用できるため、特例を除き、以降熱電素子内蔵モジュール型ＣＣＤモジュール１を、ＣＣＤモジュールと呼ぶことにする。
【００２４】
＜実施の形態１＞
図２は、上記ＣＣＤモジュール１に、冷却制御部１５とカメラ制御部１６を接続したものである。冷却制御部１５は、熱電素子の放熱側に設けられ、この表面温度を測定するセンサに接続し、得られた値に応じて熱電素子の動作を制御する制御回路である。カメラ制御部１６は、ＣＣＤ１１の動作を制御する制御回路である。
【００２５】
ちなみに、ＣＣＤ１１は、熱電素子１２に直接でも、図２（ｂ）におけるＣＣＤモジュール１０のようにＣＣＤパッケージ１３を介してでも、いずれの接合手段でも本発明を制限するものではない。同様に熱電素子１２とＣＣＤ１１及び放熱板１４とを接合する接合剤については、熱伝導性接着剤やAgろう、エポキシ樹脂系接着剤のいずれを用いても本発明を制限しない。また、ＣＣＤ１１は撮像素子として画像情報を取得できる素子であれば成立するため、ＣＭＯＳであっても本発明を制限するものではない。
【００２６】
また、放熱板１４の素材は、熱伝導性に優れた材料であるほど効果が期待できるが、上記のように金属である必要はなく、フレキシブルプリント配線板のような1mmを下回る箔状の厚さの材料や、あるいは熱電素子１２と放熱板１４との間に接着剤以外の介在物を介しても本実施例は適用できる。また、放熱板１４の放熱性を向上させるために樹脂を表面に塗布・塗装したり、黒色塗装処理を行うことで放射率を上げ、放射による放熱性の向上が期待できる。
【００２７】
熱電素子１２及びＣＣＤ１１から発生する熱を、放熱板１４がヒートシンクとして自身の自然対流及び放射熱で放熱しきれない場合において、熱電素子１２の冷却効果は電流投入時間をx軸、冷却面温度をy軸にとったとき、図３のようになる。
【００２８】
この図において、熱電素子の冷却面自体の温度は、電流供給開始時は、電流供給後時間の経過と共に下がっていく。一方、熱電素子の放熱面の温度は、ＣＣＤ１１に電流を供給後、時間の経過と共に上がっていく。これにより実際の冷却効果は、初めは熱電素子１２の冷却面の温度曲線に沿って下がっていくが、放熱板１４の熱容量及び放熱抵抗からなる放熱能力では蓄熱、放熱しきれない点（図３における極小値）からは、熱電素子１２の放熱面の温度曲線に沿って上がっていってしまう。つまり、時間の経過と共に熱電素子１２による冷却のメリットが小さくなってしまうことになる。熱電素子１２による冷却効果をより有効に扱うためには、熱電素子１２及びＣＣＤ１１に電流を供給する前の温度（一般的には周囲の環境温度となる）より熱電素子１２に電流を供給した際の温度が低ければ、熱電素子１２を用いる効果があるといえる。
【００２９】
ＣＣＤモジュール１では、使用時においてＣＣＤ１１に電流を供給した際にＣＣＤ１１の温度はおよそ５０℃まで上昇し、熱ノイズによって画質が劣化している。この状態で熱電素子１２に電力を供給させると電力投入から数十秒〜数分の間に図３における極小値（１０℃）まで冷却することができ、熱ノイズによる画質劣化の影響が減少した。そして、極小値からさらに熱電素子１２及びＣＣＤ１１に電力供給を続けると、徐々に温度が上昇していく。これは熱電素子１２及びＣＣＤ１１の発熱量が放熱板１４の放熱限界を超えているためである。
【００３０】
ＣＣＤモジュール１は極小値到達時間から数分で熱電素子１２駆動時よりも温度が上昇してしまうため、ここで、全体の発熱量を減らすために熱電素子１２に供給する電流値を下げたり、あるいはカメラ制御部１６によってＣＣＤ１１を低消費モードに切り替え、電流供給量を減らすことで電流供給後極小値からの温度上昇を緩和することができる。
また、冷却制御部で測定された熱電素子の放熱側の温度が一定の値に達した時に、供給電流値を上げ、電流供給後極小値に到達するまでの時間を延長させるように構成してもよい。また、ＣＣＤ１１（ＣＣＤパッケージ１３を介しても可能）をより低温度で扱う場合には、ＣＣＤ１１よりも熱電素子１２を先に駆動させることで、ＣＣＤ１１を無負荷状態で冷却する構成としてもよい。こうすることで、より低温度まで冷却することが期待できる。それからＣＣＤ１１によって撮影を行うことで、熱ノイズがより小さくなった状態で撮影することができる。
【００３１】
また、ＣＣＤモジュール１において、熱電素子１２の冷却面温度が電力供給前の環境温度を超えてしまった場合において、冷却制御部１５にて熱電素子１２への電力供給、またはカメラ制御部１６にてＣＣＤ１１への電力供給が止められることによって、ＣＣＤ１１及び熱電素子１２が発していたジュール熱を減らすことができ、放熱側における温度上昇を緩和することができ、ジュール熱をＣＣＤ１１（ＣＣＤパッケージ１３も同様）に熱流入させないようにすることができる。同様に、熱電素子１２に投入する電力供給量を下げることでも、熱電素子１２が発しているジュール熱を緩和することができる。
【００３２】
具体的には、冷却制御部１５とカメラ制御部１６によりＣＣＤ１１と熱電素子１２のそれぞれに電力を供給し後、予め定められた時間に達したら、冷却制御部１５により熱電素子１２に供給する電力を停止する。また、冷却制御部１５で測定された熱電素子１２の放熱側の温度が電力供給前の環境温度に達した時に、供給電流を停止するように構成してもよい。
【００３３】
＜実施の形態２＞
本発明を適用した実施の形態２としてのＣＣＤモジュール２００について詳細な説明をする。図４はＣＣＤモジュール２００の構成図である。ＣＣＤモジュール２００は、熱電素子１２とＣＣＤ１１、放熱板１４、そして冷却制御部１５、カメラ制御部１６と、ＣＣＤ１１を搭載したＣＣＤパッケージ１３が組み込まれた回路基板１７、筐体外側にレンズ１８、ＣＣＤスイッチ１９と熱電素子スイッチ２０で構成されている。ＣＣＤモジュール２における回路基板１７の位置は、ＣＣＤパッケージ１３を回路基板に組み込む場合は、図４のようになるが、図５に示したＣＣＤモジュール２０１のように放熱板１４の下に回路基板１７を設置することで回路基板１７もヒートシンクとして扱う形態も考えられる。また、回路基板１７の種類は一般的なガラエポ系基板、フレキシブルプリント配線板、アルミコア基板等のあらゆる種類でも本発明を適用できる。
【００３４】
熱電素子１２とＣＣＤ１１を同一のスイッチでON/OFFを行うと、冷却制御部１５やＣＣＤ制御部１６に依存してスイッチングしていたため、撮影者にＣＣＤ１１の露光（画像撮影）を任意のタイミングで行うことはできなかった。これに対して実施の形態２では、熱電素子スイッチ２０を従来のスイッチから独立して設けることによって、熱電素子１２への電力供給をＣＣＤよりも先にすることで、熱電素子１２をＣＣＤ１１よりも早く発動させることで、予めＣＣＤ１１を冷却し、図６に示すように、低温状態にて撮影者任意のタイミングでＣＣＤ１１の露光（画像撮影）を行うことができる。
この場合、図６にあるようにＣＣＤ１１への電力供給は、熱電素子により冷却されたＣＣＤ１１の温度が極小値となったタイミングがよい。熱電素子に電力を供給後、ＣＣＤ１１の温度が極小値に達するまでの時間を予め実験等で測定及び設定しておき、この設定時間が経過した後に、ＣＣＤに電力を供給するようにしても良い。
【００３５】
撮影時間はごく数秒であるため、発熱量による温度上昇があっても環境温度以下の環境で露光させることは容易である。また、図６のように熱電素子１２及びＣＣＤ１１へ電力供給後の定常状態の温度が、電力供給前の初期状態の温度を下回る状態であれば、熱電素子１２による冷却は定常時においても効果がある。
【００３６】
また、変形例として、従来のように熱電素子１２とＣＣＤ１１を同一のスイッチでON/OFFさせる場合でも、まず冷却制御部により熱電素子に電流を供給し、一定の時間が経過してからカメラ制御部によりＣＣＤ１１に電流を供給する構成としてもよい。
このように、熱電素子に電流を供給するタイミングをＣＣＤに電流を供給するタイミングよりも早くする構成とすることで、予めＣＣＤを冷却してから画像撮影することができ、熱による画質の劣化を防ぐことが可能となる。
【００３７】
＜実施の形態３＞
以下、本発明の実施の形態３に係る撮像素子モジュールについて、図面を参照して説明する。図７は、撮像素子モジュールとしてのデジタルカメラ１００の構成図である。
【００３８】
デジタルカメラ１００は、撮像素子としてのＣＣＤ１１、熱電素子(Thermo Electric Device)１２、を用いたモジュールである。
【００３９】
ＣＣＤ１１と熱電素子１２、ＣＣＤパッケージ１３とを接合させる手段としては、樹脂系接着剤、ゴム系接着剤などの接着剤を可能な限り接着層に気泡が入らないように接着させることが望ましい。接着剤の種類によって、本発明を制限するものではない。
【００４０】
熱電素子１２は、Ｐ型半導体とＮ型半導体を上下の基板でπ字状に接合されることで構成したペルチェ素子である。ペルチェ素子に電力を供給すると、一方の基板では電子を吸収することで冷却効果を、他方の基板では冷却側基板から吸収した電子を放射させることで放熱効果を得る。熱電素子１２の駆動のための電力供給手段はＣＣＤ１１と同様でも、独立した供給源を得ていても本発明を制限するものではない。
【００４１】
図７より、ＣＣＤモジュール１５が得た画像情報は、ＣＣＤの感度を決定するゲインコントロール回路１７、ＣＣＤ１１が得たアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１８、デジタル信号化した画像情報にフィルタ処理や色変換を行う映像信号処理回路１９を介してメモリ２０に転送される。画像情報取得開始はシャッター２２によって撮影者任意で行うことができる。シャッター駆動回路２３はＣＣＤモジュール１５、ゲインコントロール回路１７、Ａ／Ｄ変換回路１８、画像信号処理回路１９とともにカメラＭＰＵ２１によって演算処理されている。
【００４２】
シャッター２２を押した時点で周囲環境に合わせて感度やシャッタースピードを自動的に変更させることが可能である。同様に焦点距離を自動的に調整させるために固定レンズ２４とＣＣＤ１１の間にフォーカスレンズ２５を設置し、フォーカス制御回路２６及びレンズＭＰＵ２７を介してデジタルカメラ１００全体の演算処理回路であるカメラＭＰＵ２１で制御されている。熱電素子１２の駆動については、通常のＣＣＤ１１駆動に加えて電力供給量が熱電素子１２の分だけ増加するため、デジタルカメラ１００のシステム設定によって熱電素子１２使用のＯＮ−ＯＦＦを撮影者任意で行うようにしても本発明を制限しない。
【００４３】
熱電素子１２によってＣＣＤ１１を冷却する手順を図８に示す。撮影者がシャッター２２を押して撮像素子の露出を開始した際にシャッター駆動回路２１を介してＣＣＤ１１と熱電素子１２を駆動させる。この時、熱電素子冷却によって所定の温度まで冷却したい場合は、所定温度到達時にＣＣＤ１１の画像情報取得を開始させる。それからＩＳＯ感度やシャッタースピードにもよるが画像情報取得に２、３秒かかった後にＣＣＤ１１は画像撮影を終了し、画像信号をメモリ２０に転送し、熱電素子への電力供給を終了させる。
【００４４】
熱電素子冷却は電子冷却手段であるため、コンプレッサ等の冷却手段と異なり、急速な冷却が可能であり、熱電素子能力及び投入電力にもよるが１〜２秒で１０℃以上の冷却が可能である。デジタルカメラ１００の主電源を入れ、ＣＣＤ１１によって液晶画面に画像を映している間にもＣＣＤ温度は急速に上昇するため、熱によるノイズが生じる。一般的にＣＣＤ温度が１０℃上昇すれば熱によるノイズは２倍に増加すると言われている。
【００４５】
逆に熱電素子１２によって１０℃冷却することで熱によるノイズを２分の１に削減させることができるため、画質向上に効果的である。図９にＣＣＤ１１を熱電素子１２によって冷却した際のＣＣＤ駆動時間とＣＣＤ温度について示す。図９は熱電素子冷却及び画像撮影時間を３秒として、熱電素子冷却を終了させ、ＣＣＤ１１を１０〜２０秒駆動し、再び熱電素子冷却及び画像撮影を実施し、このサイクルを繰り返した際の温度をプロファイルしたものであるが、熱電素子冷却中はＣＣＤ駆動前、つまり周囲環境温度よりもＣＣＤ１１の温度が低いことを表している。よってＣＣＤ１１の電力駆動中において熱電素子冷却の効果があると判断できる。
【００４６】
熱電素子外付ＣＣＤモジュール１６の場合、熱電素子１２によってＣＣＤ冷却を実現するまでにＣＣＤパッケージ１３を介する必要があるため、冷却に時間がかかる。この時は、予めシャッター２２を押す前に冷却を実施することでＣＣＤ１１の冷却を効果的に行うことができる。図９でＣＣＤ１１の温度が所定の温度（例えば顕著に熱ノイズが検出され始める５０℃）に達した時点で熱電素子冷却を開始することで、シャッターを押してからＣＣＤ１１による画像情報取得までの時間を短縮できる。画像撮影時間短縮は手ブレ量削減も期待できるため、画質のブレ対策にも効果的である。
【００４７】
また、ＩＳＯ感度を上昇させることで発生するノイズは熱によって増加することが知られている。よって熱電素子冷却によって熱ノイズを削減すれば、ＩＳＯ感度上昇時のノイズ量も少なくて済むため、所定の温度（例えば周囲環境温度）に達したら自動的にＩＳＯ感度を上昇させる。ＩＳＯ感度を上昇させることでシャッタースピードを短縮させても撮像に十分な集光量を得ることができるため、より手ブレに対して効果的である。
【００４８】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４に係る熱電素子冷却手順についてについて、図７、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態４としての熱電素子冷却による画像撮影手順を示すフローチャートである。
【００４９】
オートフォーカス機能（以降、ＡＦ機能とする）を適用した際は、シャッター２２を押した際に熱電素子１２による冷却及びフォーカス制御回路２６を介してフォーカスレンズ２５を駆動させるためのＡＦ機能を開始させる。熱電素子冷却は１〜２秒の間でも１０℃レベルの効果が期待できるため、ＡＦ機能駆動中の時間を利用してＣＣＤ１１を冷却し、画像撮影を実施することで熱ノイズ削減を期待できる。シャッター２２が半押し、全押しからなる２段構造であれば、第１段階である半押し状態でＡＦ機能及び熱電素子１２による冷却を開始させ、第２段階である全押し状態でＣＣＤ１１による露出を開始させることで、撮影者任意のレンズ調整及びＣＣＤ温度で撮影を行うことができる。
【００５０】
また、デジタルカメラ１００を長時間にわたり駆動させると、瞬時冷却だけではノイズ除去に十分な時間を得ることができない場合があるので、シャッター２２がタッチ、半押し、全押しからなる３段構造であれば、第１段階であるタッチ状態の時点で熱電素子１２を駆動させ、第２段階である半押し状態でＡＦ機能を開始させる。そして、撮影時におけるノイズの影響が小さくなったと判断された時点で撮影者は第３段階である全押し状態にすることで長時間駆動させたデジタルカメラ１００でも熱電素子１２によって熱ノイズの影響の小さい、画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は、本願発明の基本構成としてのＣＣＤモジュール１である。（ｂ）は、別の形態としてのＣＣＤモジュール１０である。
【図２】（ａ）は、本発明を適用した実施の形態１である電子機器１の構成図である。（ｂ）は、別の形態としての電子機器１０である。
【図３】実施の形態１の電流投入時間における冷却面温度の関係を示した図である。
【図４】本発明を適用した実施の形態２であるＣＣＤモジュール２の構成図である。
【図５】本発明を適用した実施の形態２である電子機器２０１の構成図である。
【図６】実施の形態２の電流投入時間における冷却面温度の関係を示した図である。
【図７】実施の形態３としてのデジタルカメラ１００の動作フローチャートである。
【図８】実施の形態３としての熱電素子冷却による画像撮影手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明による熱電素子冷却の効果を示したグラフである。
【図１０】実施の形態４としての熱電素子冷却による画像撮影手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態５としての熱電素子冷却による画像撮影手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１，１０，２００，２０１    ＣＣＤモジュール
１１  ＣＣＤ
１２  熱電素子
１３  ＣＣＤパッケージ
１４  放熱板
１５  冷却制御部
１６  カメラ制御部
１７  ゲインコントロール回路
１８  Ａ／Ｄ変換回路
１９  映像信号処理回路
２０  メモリ
２１  カメラＭＰＵ
２２  シャッター
２３  シャッター駆動回路
２４  固定レンズ
２５  フォーカスレンズ
２６  フォーカスレンズ制御回路
２７  レンズＭＰＵ
１００  デジタルカメラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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