(57)【要約】【課題】  撮像装置の回転角度、姿勢が変化しても常に撮像素子を十分に冷却すること。【解決手段】  ヒートパイプ１０は、蒸発部４と、凝縮部５と、気相路６と、液相路７とから成る閉ループを構成している。撮像素子２で発生した熱は、蒸発部４の各々のウィック４ｃに存在する液相の作動流体に伝わり、その熱によって液体が蒸発して気体へ変化する。気相となった作動流体は、気相路口４ａに集約され、気相路６を通って凝縮部５へと導かれる。凝縮部５に到達した気相の作動流体は、気相路口５ａから各々のウィック５ｃに入り、筐体壁面１Ｂに対して放熱しつつ液化し、その液体は、重力の作用により液相路口５ｂへ還流し、液相路７を通って蒸発部４へ戻る。凝縮部５は、取付部５Ｂにより吊持されているので、カメラ１の角度、姿勢が変化しても、常に液相路口５ｂが鉛直下方（−Ｚ方向）となり、液化した作動流体の還流が効率的に行われる。【選択図】  図１
2006203551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に入射した光束によって受光面で結像する光像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、
前記撮像素子を冷却する冷却装置とを備える撮像装置において、
前記冷却装置は、
前記撮像素子で発生する熱が伝達され、その熱で作動流体を気化する蒸発部と、
前記蒸発部で気化された作動流体を冷却して液化する凝縮部と、
前記蒸発部で気化された作動流体を前記凝縮部へ移送する可撓性の管路である気相路と、
前記凝縮部で液化された作動流体を前記蒸発部へ移送する可撓性の管路である液相路と、を有する循環型の冷却装置であって、
前記凝縮部は、前記筺体に放熱するように前記筐体の壁面に接して配設されるとともに、前記筐体の姿勢が移動するのに応動して、前記作動流体の出口が作動流体の入口に対して鉛直下方となるように回転可能に設けられていることを特徴とする冷却装置付き撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記凝縮部は、前記入口と前記出口とを結ぶ方向に複数のウィックを延設させ、前記ウィックにより、前記気相路から流入する作動流体を液化しつつ前記液相路へ還流させることを特徴とする冷却装置付き撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記液相路は、毛管状の複数の細管の集合体であることを特徴とする冷却装置付き撮像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記凝縮部が自重で回転するための重りを前記凝縮部に設けたことを特徴とする冷却装置付き撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の撮像素子を冷却する手段の１つとして毛管力循環（capillary pumped loops：ＣＰＬ）を利用したヒートパイプが知られており、このヒートパイプは、蒸発部と凝縮部を気相路および液相路で繋ぎ、作動流体を内部で循環するように構成されている。凝縮部で液相となった作動流体は、液相路を通って蒸発部に達し、熱源（撮像素子）から熱を受け取り気体となり、気相となった作動流体は、気相路を通って凝縮部に達し、熱を放出して再び液体に戻る。以上の動作中、凝縮部では、気相路から流入した作動流体が気相から液相へ還元され、その液体が重力作用により液相路へ還流する。作動流体が液相路へ還流する際の流量が多いほど、撮像素子への冷却能力が大きくなる。
【０００３】
カメラなどの撮像装置は、様々な角度、姿勢で使用されることが多く、それによって作動流体が液相路へ還流する際の流れ易さ、すなわち流速が変化し、撮像素子の冷却能力が不十分となる場合がある。特許文献１の従来の装置には、凝縮部にウィックと称する複数の毛管が形成されており、気相路から流入した気体は、各ウィックを通過しながら液体に還元され、液相路へ還流する。この特許文献１の装置では、撮像装置の角度、姿勢が変化しても一定の冷却能力をもつようにするため、これらの複数のウィックを重力方向と直交する軸の回りに回転対称、例えば放射状に形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９０７９号公報（第４頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、複数のウィックの向きが重力方向に対してそれぞれ異なる角度をもつため、気体から還元された液体が流れ易いウィックと流れ難いウィックが混在しており、凝縮部全体としては還流が効率的に行われないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）  請求項１の発明は、筐体内に入射した光束によって受光面で結像する光像を電気信号に変換して出力する撮像素子と、撮像素子を冷却する冷却装置とを備える撮像装置に適用される。その冷却装置は、撮像素子で発生する熱が伝達され、その熱で作動流体を気化する蒸発部と、蒸発部で気化された作動流体を冷却して液化する凝縮部と、蒸発部で気化された作動流体を凝縮部へ移送する可撓性の管路である気相路と、凝縮部で液化された作動流体を蒸発部へ移送する可撓性の管路である液相路とを有する循環型の冷却装置であって、凝縮部は、筺体に放熱するように筐体の壁面に接して配設されるとともに、筐体の姿勢が移動するのに応動して、作動流体の出口が作動流体の入口に対して鉛直下方となるように回転可能に設けられていることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、凝縮部は、入口と出口とを結ぶ方向に複数のウィックを延設させ、ウィックにより、気相路から流入する作動流体を液化しつつ液相路へ還流させることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の撮像装置において、液相路は毛管状の複数の細管の集合体であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置において、凝縮部が自重で回転するための重りを凝縮部に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像素子が内蔵された筐体の姿勢が移動するのに応動して、凝縮部の作動流体の出口が作動流体の入口に対して鉛直下方となるように凝縮部を回転可能に設けたので、撮像装置の姿勢が変化しても、作動流体が液相路に還流する流量を担保でき、撮像素子を十分に冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の冷却装置付き撮像装置について図１〜図３を参照しながら説明する。図１〜図３では、同じ構成部品には同一符号を付し、方向をＸＹＺ直交座標で表す。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態による冷却装置付きカメラの内部構成を模式的に示す全体構成図である。図１（ａ）は、カメラの内部に設けた冷却装置をカメラ背面側から見た図、図１（ｂ）は、冷却装置をカメラ底面側から見た図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ断面を拡大した部分断面図である。図１（ａ），（ｂ）において、Ｚ方向を鉛直方向、重力が作用する−Ｚ方向を鉛直下方と呼ぶ。
【００１０】
図１（ａ），（ｂ）に示されるように、カメラ１は、カメラ本体（筐体）１Ａに設けられているレンズ鏡筒３と、レンズ鏡筒３を通してカメラ本体１Ａに入射する被写体光Ｌが受光面上で結像する撮像素子２と、撮像素子２を冷却するためのヒートパイプ１０とを備えている。撮像素子２は、周知のＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などであり、受光面上で結像する光像を電気信号に変換して出力する。
【００１１】
ヒートパイプ（冷却装置）１０は、撮像素子２で発生する熱が伝達され、その熱で作動流体を気化する蒸発部４と、蒸発部４で気化された作動流体を冷却して液化する凝縮部５と、蒸発部４で気化された作動流体を凝縮部５へ移送する可撓性の管路である気相路６と、凝縮部５で液化された作動流体を蒸発部４へ移送する可撓性の管路である液相路７とを有する循環型の冷却装置である。そして、後述するように、凝縮部５は、カメラ本体（筺体）１Ａに放熱するようにカメラ本体（筺体）１Ａの壁面に接して配設されるとともに、カメラ本体（筺体）１Ａに入射する光束の光軸回りにカメラ本体（筺体）１Ａの姿勢が移動するのに応動して、凝縮部５の作動流体の出口が作動流体の入口に対して鉛直下方となるように回転可能に設けられている。以下、図１のヒートパイプ１０を拡大して示す図２も参照して各部を詳細に説明する。
【００１２】
蒸発部４は、撮像素子２の撮像面と反対側の面に貼着されている。すなわち、蒸発部４は平板状の蒸発部本体４Ａを有し、蒸発部本体４Ａの平面を撮像素子２の背面に密接させ、撮像素子２で発生した熱を蒸発部４に効率よく伝熱するように構成されている。なお、蒸発部４を撮像素子２へ接着するのが好ましいが、その他の締結手段で固定してもよい。
【００１３】
凝縮部５は、図１（ｃ）に示すように、カメラの撮影姿勢に連動して揺動するように、カメラ前側壁面の内面１Ｂに立設したピン１ａを取付部５Ｂの孔部５Ｄに貫通させて回動可能に軸支されている。取り付け構造は後で詳述するが、凝縮部５も平板状の凝縮部本体５Ａを有し、凝縮部本体５Ａの平面をカメラ前側壁面１Ｂに摺動させて回動するように構成されている。
【００１４】
凝縮部５は、後述するウイック５ｃが設けられる凝縮部本体５Ａと、カメラ本体１Ａに凝縮部５を揺動可能に設置するための取付部５Ｂと、凝縮部本体５Ａの鉛直下方に設けられた錘部材５Ｃとを有し、取付部５Ｂは気相路口５ａ側に配設され、錘部材（重り）５Ｃは液相路口５ｂ側に配設されている。錘部材５Ｃが液相路口５ｂ側に配設されているため、凝縮部５の重心Ｇは、気相路口５ａよりも液相路口５ｂに近い位置にある。
【００１５】
筺体壁面１Ｂには、ピン１ａがその軸方向を鉛直方向（Ｚ方向）と直交するＸ方向として植設されている。凝縮部５をカメラ１に取り付けるには、図１（ｃ）に示されるように、ピン１ａに取付部５Ｂの孔部５Ｄを貫通させ、取付部５Ｂにより凝縮部本体５Ａを吊持する。この状態で、凝縮部本体５Ａは、ピン１ａを回転中心軸として筐体壁面１Ｂと摺動しながらＲ方向（図１参照）に回転（揺動）できるようになっている。
【００１６】
そして、蒸発部４の気相路口（出口）４ａと凝縮部５の気相路口（入口）５ａとを接続する気相路６は可撓性を有し、かつ、凝縮部５の回転動作を妨げない程度の長さの管路であり、蒸発部４の液相路口（入口）４ｂと凝縮部５の液相路口（出口）５ｂとを接続する液相路７は可撓性を有し、凝縮部５の回転動作を妨げない程度の長さの管路である。
【００１７】
したがって、カメラ１の姿勢を光軸回りに変えるためにカメラ本体１Ａを回転させると、凝縮部５は、筐体壁面１Ｂに対して相対的に回転（揺動）する。なお、筐体壁面１Ｂには、Ｒ方向の回転角度が１８０°を越えないように、回転止め部材１１が設置されている。そして、凝縮部本体５Ａの背面はカメラ本体１Ａの壁面１Ｂと接触しているため、凝縮部本体５Ａからカメラ本体１Ａの壁面１Ｂに放熱することができる。
【００１８】
図２に示されるように、蒸発部本体４Ａおよび凝縮部本体５Ａの内部には、それぞれ複数の毛管状のウィック４ｃ，５ｃが形成されている。蒸発部４のウィック４ｃは、気相路口４ａと液相路口４ｂを結ぶ方向に延在しており、凝縮部５のウィック５ｃは、気相路口５ａと液相路口５ｂを結ぶ方向に延在している。蒸発部４では、気相路口４ａと液相路口４ｂとは、分岐した複数のウィック４ｃにより連通しており、凝縮部５では、気相路口５ａと液相路口５ｂとは、分岐した複数のウィック５ｃにより連通している。すなわち、蒸発部４のウィック４ｃ、気相路６、凝縮部５のウィック５ｃおよび液相路７による閉ループが構成されることになる。この閉ループの内部に封入される作動流体は、例えば、水、各種アルコール、エチルエーテル、エチレングリコール、フロリナート等である。
【００１９】
ウィック４ｃ，５ｃは、いずれも蒸発部本体４Ａおよび凝縮部本体５Ａに溝状に形成されている。ウィック４ｃ，５ｃは、例えば、２枚の平板の一方に複数の溝を形成しておき、溝形成面に他方の平板を密着させて貼り合わせることで作製される。凝縮部５のウィック５ｃは、後述する理由で、気相路口５ａと液相路口５ｂとを結ぶ方向に延在するように形成される必要がある。一方、蒸発部４のウィック４ｃは、溝構造に限らず、細いワイヤを束ねた構造、メッシュ構造、多孔質構造などを用いることもでき、その向きは凝縮部５のウイック５ｃほど制約を受けない。なお、液相路７は、毛管力を発生させる必要があるので、図示のように、配管内に細いファイバあるいは細いワイヤを束ねた毛管状構造を有する細管の集合体であるが、メッシュ構造、多孔質構造などを用いることもできる。
【００２０】
次に、本実施の形態による冷却装置付きカメラ１に用いられるヒートパイプ１０の作用効果を説明する。
図１および図２を参照すると、撮像素子２で発生した熱は、蒸発部４の各々のウィック４ｃに存在する液相の作動流体に伝わり、その熱によって液体が蒸発して気化する。気相となった作動流体は、気相路口４ａに集約され、気相路６を通って凝縮部５へと導かれる。凝縮部５に到達した気相の作動流体は、気相路口５ａから各々のウィック５ｃに入り、筐体壁面１Ｂに対して放熱しつつ液化していく。
【００２１】
凝縮部５へ流入した気相状態の作動流体は、重力作用によりウィック５ｃを鉛直下方（−Ｚ方向）へ流れつつ液化して液相路７へ還流する。この還流の流れ易さ、すなわち作動流体が液相路７へ還流する流速は、気相路口５ａから液相路口５ｂへ向かう方向が−Ｚ方向となす角度θに依存する。角度θは、０°〜１８０°の範囲である。図１に示される状態であるθ＝０°のとき、気相路口５ａから液相路口５ｂへ向かうウィック５ｃの延在方向も鉛直下方を向く。θ＝０°のとき、作動流体が液相路７へ還流する際の流速が最も大きくなり、多量の液体が液相路７を通って蒸発部４へ供給され、ヒートパイプ１０の冷却能力は最大となる。そして、角度θの増加に伴い、作動流体が液相路７へ還流する流速が減少し、角度θが９０°を越えるとほとんど還流しなくなる。
【００２２】
今、カメラ１を図１（ａ）の撮影姿勢（横位置撮影姿勢）からＸ軸廻りに９０°左回転させ、図３の撮影姿勢（縦位置撮影姿勢）に変化させたとする。カメラ１の９０°回転に伴って、ヒートパイプ１０の蒸発部４はカメラ本体１Ａと一体に回転する。上述したとおり、凝縮部５はカメラ本体１Ａにピン結合され、かつ、気相路６および液相路７は、蒸発部４と凝縮部５との間の位置関係が変化してもフレキシブルに追随するように可撓性ある素材で作られ、十分長さが確保されているので、凝縮部５の回転動作を妨げることはない。その結果、凝縮部５はカメラ本体１Ａに対して相対的に９０°回転する。したがって、上記の角度θはθ＝０°を維持している。また、液相路７の管内は、毛管力を発生させる構造をもつので、凝縮部５の液相路口５ｂと蒸発部４の液相路口４ｂがどのような位置関係にあっても液体の移送が可能である。
【００２３】
以上説明したように、ヒートパイプ１０は以下のような作用効果を奏する。
（１）カメラ１を回転させても、凝縮部５は、鉛直方向に沿って気相路口５ａが上方、液相路口５ｂが下方となるので、常にヒートパイプ１０の冷却能力を最大とすることができる。
（２）凝縮部５のウィック５ｃの延在方向を気相路口５ａと液相路口５ｂとを結ぶ方向と同じにしているので、常にヒートパイプ１０の冷却能力を最大とすることができる。
（３）カメラ１を回転させても、凝縮部本体５Ａは筐体壁面１Ｂに接しているので、筐体壁面１Ｂへの放熱が十分に確保される。
（４）錘部材５Ｃを凝縮部本体５Ａの下方、すなわち液相路口５ｂ側に配設することにより、凝縮部５の重心Ｇの位置をピン１ａから離れた位置に設定したので、カメラ１を回転したときに、鉛直方向に沿って気相路口５ａを上方、液相路口５ｂを下方とする凝縮部５の動作を確実に行うことができる。
【００２４】
上記（１）〜（４）により、カメラ１の撮像素子２は、例えばハンドホールドで用いられるカメラ１を回転させて用いる場合にも十分に冷却され、高画質の画像を得ることができる。
【００２５】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、凝縮部本体５Ａと筐体壁面１Ｂとの間に、凝縮部５からの熱を吸収するための放熱対象部材を介在させてもよい。この放熱対象部材を熱伝導性の良いアルミニウムや銅で作製すれば、凝縮部５の放熱効率が向上する。また、撮像素子２に代えて半導体装置をヒートパイプ１０の冷却対象としてもよい。また、カメラ以外の機器の撮像素子や半導体装置をヒートパイプ１０の冷却対象としてもよい。
【００２６】
本実施の形態では、ヒートパイプ１０の凝縮部５は１つだけであったが、凝縮部５を複数設けてカメラ１内の異なる位置に配置し、これら複数の凝縮部５を蒸発部４に対して並列に連結してもよい。凝縮部５を筐体壁面１Ｂとは異なる面にも配置する構成とすれば、カメラ１の様々な姿勢変化に幅広く対応させることができる。あるいは、１台のカメラに複数のヒートパイプ１０を設置してもよい。また、本実施の形態では、凝縮部５が自重により液相路口５ｂを常に鉛直下方とするように動作させたが、姿勢センサでカメラの重力方向を検出し、この検出信号に基づいてアクチュエータで凝縮部５の姿勢を制御するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置付きカメラの内部構成を模式的に示す全体構成図であり、（ａ）はカメラの内部に設けた冷却装置をカメラ背面側から見た図、（ｂ）は冷却装置をカメラ底面側から見た図、（ｃ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面を拡大した部分断面図である。
【図２】図１のヒートパイプ１０を拡大して示す構成図である。
【図３】図１（ａ）のカメラ１をＸ軸廻りに９０°左回転させたときの冷却装置をカメラ背面側から見た図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：カメラ
１Ａ：カメラ本体
１Ｂ：筐体壁面
２：撮像素子
３：レンズ鏡筒
４：蒸発部
４Ａ：蒸発部本体
５：凝縮部
５Ａ：凝縮部本体
５Ｂ：取付部
５Ｃ：錘部材（重り）
４ａ，５ａ：気相路口
４ｂ，５ｂ：液相路口
４ｃ，５ｃ：ウィック
６：気相路
７：液相路
１０：ヒートパイプ（冷却装置）
１１：回転止め部材
【図１】
2006203551.tif 000003
【図２】
2006203551.tif 000004
【図３】
2006203551.tif 000005