(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構造で撮像素子を内蔵したパッケージを効率的に冷却するカメラを提供する。【解決手段】カメラ１は、撮像素子およびこれを密閉し、覆うケーシングを内部に有する撮像モジュール１０と、撮像素子から熱エネルギーをケーシングの外部に放出するための冷却ユニット７０と、撮像素子を冷却するためケーシング内に空気等の流体を吹き込み、更に吹き込まれた流体をケーシングの外に排出するための流体ポンプ４０及び導入管、導出管を有する。【選択図】図１
2008258707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子を有するカメラにおいて、
上記撮像素子を密閉し、覆うケーシングと、
このケーシング内に流体を吹き込むポンプと、
上記ケーシング内に吹き込まれ、更に排出された流体を冷却するための冷却ユニットと、
を有することを特徴とするカメラ。
【請求項２】
撮像素子を有するカメラにおいて、
上記撮像素子を密閉し、覆うケーシングと、
上記撮像素子から熱エネルギーを上記ケーシングの外部に放出するための冷却ユニットと、
上記撮像素子を冷却するため上記ケーシング内に流体を吹き込み、更に該吹き込まれた流体を上記ケーシング外に排出するポンプと、
を有することを特徴とするカメラ。
【請求項３】
上記ケーシングは、上記撮像素子のほかに上記撮像素子からの信号を処理する信号処理用のチップを内蔵することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカメラ。
【請求項４】
上記流体は空気であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のカメラ。
【請求項５】
上記流体は閉じられた空間内で循環することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のカメラ。
【請求項６】
画像を光電変換する撮像素子を有する撮像手段と、
上記撮像手段を密閉し、覆うケーシングと、
放熱用流体を冷却する冷却部材と、
この冷却部材によって冷却された上記放熱用流体を上記ケーシング内に送出する流体ポンプと、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
上記放熱用流体は上記ケーシング、上記冷却部材および上記流体ポンプを循環することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
上記ケーシングに上記放熱用流体を導入する導入管と導出する導出管を設け、上記導入管によって導入された上記放熱用流体が、上記ケーシング内を一周し、上記導出管から導出されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
上記ケーシングは上記放熱用流体を導入する導入管を有し、この導入管にオリフィスを設けることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１０】
上記撮像素子の受光面の周囲をシールし、上記放熱用流体が上記受光面上を流れることを阻止するシール部材を具備することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１１】
上記冷却部材は、冷却材の周囲に上記放熱用流体を流れるパイプを巻回させたことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１２】
上記撮像手段の近傍の周囲温度を測定する測温手段と、
この測温手段による周囲温度の測温結果に基づいて上記流体ポンプの制御を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１３】
上記制御手段は、上記周囲温度が予め決められた温度に下がるまで他の動作を禁止することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
上記制御手段は、上記周囲温度が予め決められた温度より高い場合には、上記流体ポンプを動作させながら、他の動作を行うことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラに関し、詳しくは撮像素子を冷却する機能を有するカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラにおいては、撮像素子やその周辺回路等において熱を発生し、この熱によって画質が低下してしまう問題がある。そこで、撮像素子等を冷却する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、密閉カバー内にあるＣＣＤを、同じ密閉カバー内に設けたペルチェ素子によって冷却するようにした密閉カバー付き基板が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２８３１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示の技術によれば、ペルチェ素子によって基板を冷却することができるものの、ペルチェ素子自身による発熱は激しいものがある。そのため、ＣＣＤの近傍に放熱用のベース台を設けている。しかし、冷却対象のＣＣＤの近傍に放熱板を配置していることから、このやり方ではあまり効率が良くない。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構造で撮像素子を内蔵したパッケージを効率的に冷却するカメラ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】
【０００５】
上記目的を達成するため第１の発明に係わるカメラは、撮像素子を有するカメラにおいて、上記撮像素子を密閉し、覆うケーシングと、このケーシング内に流体を吹き込むポンプと、上記ケーシング内に吹き込まれ、更に排出された流体を冷却するための冷却ユニットを有する。
【０００６】
上記目的を達成するため第２の発明に係わるカメラは、撮像素子を有するカメラにおいて、上記撮像素子を密閉し、覆うケーシングと、上記撮像素子から熱エネルギーを上記ケーシングの外部に放出するための冷却ユニットと、上記撮像素子を冷却するため上記ケーシング内に流体を吹き込み、更に該吹き込まれた流体を上記ケーシング外に排出するポンプを有する。
【０００７】
第３の発明に係わるカメラは、上記第１の発明または第２の発明において、上記ケーシングは、上記撮像素子のほかに上記撮像素子からの信号を処理する信号処理用のチップを内蔵する。
また、第４の発明に係わるカメラは、上記第１ないし上記第３の発明のいずれかにおいて、上記流体は空気である。
さらに、第５の発明に係わるカメラは、上記第１ないし上記だい３の発明のいずれかにおいて、上記流体は閉じられた空間内で循環する。
【０００８】
上記目的を達成するため第６の発明に係わる撮像装置は、画像を光電変換する撮像素子を有する撮像手段と、上記撮像手段を密閉し、覆うケーシングと、放熱用流体を冷却する冷却部材と、この冷却部材によって冷却された上記放熱用流体を上記ケーシング内に送出する流体ポンプを具備する。
【０００９】
第７の発明に係わる撮像装置は、上記第６の発明において、上記放熱用流体は上記ケーシング、上記冷却部材および上記流体ポンプを循環する。
また、第８の発明に係わる撮像装置は、上記第６の発明において、上記ケーシングに上記放熱用流体を導入する導入管と導出する導出管を設け、上記導入管によって導入された上記放熱用流体が、上記ケーシング内を一周し、上記導出管から導出される。
さらに、第９の発明に係わる撮像装置は、上記第６の発明において、上記ケーシングは上記放熱用流体を導入する導入管を有し、この導入管にオリフィスを設ける。
さらに、第１０の発明に係わる撮像装置は、上記第６の発明において、上記撮像素子の受光面の周囲をシールし、上記放熱用流体が上記受光面上を流れることを阻止するシール部材を具備する。
さらに、第１１の発明に係わる撮像装置は、上記第６の発明において、上記冷却部材は、冷却材の周囲に上記放熱用流体を流れるパイプを巻回する。
【００１０】
さらに、第１２の発明に係わる撮像装置は、上記第６の発明において、上記撮像手段の近傍の周囲温度を測定する測温手段と、この測温手段による周囲温度の測温結果に基づいて上記流体ポンプの制御を行う制御手段を具備する。
さらに、第１３の発明に係わる撮像装置は、上記第１２の発明において、上記制御手段は、上記周囲温度が予め決められた温度に下がるまで他の動作を禁止する。
さらに、第１４の発明に係わる撮像装置は、上記第１２の発明において、上記制御手段は、上記周囲温度が予め決められた温度より高い場合には、上記流体ポンプを動作させながら、他の動作を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像素子を冷却するためケーシング内に流体を吹き込み、更に吹き込まれた流体をケーシング外に排出するポンプを設けているので、簡易な構造で撮像素子を内蔵したパッケージを効率的に冷却するカメラ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】
【００１２】
以下、図面に従って本発明を適用したカメラを用いて好ましい実施形態について説明する。この一実施形態に係わるカメラは、撮像素子を有しており、この撮像素子の出力に基づいて、被写体像を液晶モニタ等の表示装置に表示し、また被写体像の画像データを記録媒体に記録することができる。
【００１３】
まず、カメラ１の構造について図１を用いて説明する。カメラ１の本体の正面側には、撮影レンズ２が配置されており、この撮影レンズは、被写体像を撮像モジュール１０内の撮像素子上に結像する。撮像モジュール１０は撮影レンズ２の背後に設けられており、詳しい構造については図３及び図４を用いて後述する。
【００１４】
撮像モジュール１０の流体導入管１５ａは流体ポンプ４０の流体排出管５６，５７に接続されている。また、撮像モジュール１０の流体排出管１５ｂは冷却ユニット７０の導管１６ｂに接続されており、また冷却ユニット７０の導管７４は流体ポンプ４０の流体導入管５５、５８に接続されている。これらの部材間の接続は図示しない中空のパイプによって行なっている。冷却ユニット７０は空気等の流体を冷却する機能を有しており、詳細については図５を用いて後述する。流体ポンプ４０は、冷却ユニット７０によって冷却した空気等の流体を導入し、撮像モジュール１０に排出する。この流体ポンプ４０の詳細については、図６および図７を用いて後述する。
【００１５】
次に、本実施形態における流体の循環経路について、図２を用いて説明する。流体ポンプ４０の流出・流入口には、それぞれ逆止弁８０ａ、８０ｂ、８０ｃ，８０ｄが設けられている。すなわち、冷却ユニット７０から流体ポンプ４０に、図中矢印で示すように、冷却空気が流れ、逆方向の流れを阻止する逆止弁８０ａ、８０ｃが配設されている。同様に、流体ポンプ４０から撮像素子パッケージ１０に、図中矢印で示すように、冷却空気が流れ、逆方向の流れを阻止する逆止弁８０ｂ、８０ｄが配設されている。これらの逆止弁８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄは同様の構成であるので、逆止弁を特定しない場合には、逆止弁８０と総称する。
【００１６】
流体ポンプ４０は、後述するように流体ポンプ４０のピストンの往復運動に伴って空気等の流体を排出すると同時に吸引する。すなわち、流体ポンプ４０のピストンの一方向の移動によって、逆止弁８０ａを通って流体ポンプ４０に冷却ユニット７０で冷却された空気を吸い込み、逆止弁８０ｂを通って撮像素子モジュール１０に冷却空気を排出する。このとき逆止弁８０ｃ、８０ｄは空気の流れを阻止するので、空気が流れることはない。
【００１７】
また、流体ポンプ４０のピストンの他方向への異動によって、逆止弁８０ｃを通って流体ポンプ４０に冷却ユニット７０で冷却された流体を吸い込み、逆止弁８０ｄを通って撮像素子モジュール１０に冷却空気を排出する。このとき逆止弁８０ａ、８０ｂは空気の流れを阻止するので、空気が流れることはない。
【００１８】
このように、本実施形態においては、流体ポンプ４０によって、冷却ユニット７０で冷却された空気が流体ポンプ４０によって吸引され、この冷却空気は撮像素子パッケージ１０に排出される。そして、冷却空気は撮像素子モジュール１０内の撮像素子等の半導体チップから発生する熱をモジュール内から冷却ユニット７０に排出する。冷却ユニット７０では、空気を冷却して、流体ポンプ４０に戻している。空気がカメラ１内の撮像モジュール１０、冷却ユニット７０および流体ポンプ４０を循環し、撮像モジュール１０内で発生した熱を放熱することができる。
【００１９】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態における撮像モジュール１０の構造について説明する。図３は、撮像モジュール１０の分解斜視図であり、図４は、撮像モジュール１０の断面図であり、（Ａ）は撮像モジュール１０のＡＡ断面図であり、（Ｂ）は撮像モジュール１０を両面フレキシブル基板３０に接続した状態でのＡＡ断面図であり、（Ｃ）はインターポーザ１２の平面図であり、（Ｄ）は流体導入管１５ａの部分拡大断面図である。
【００２０】
撮像素子モジュール１０は、公知のシステム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）技術を利用して、基板・チップを積層して構成する。撮像素子１１等の半導体チップの積層体は薄い基板であるインターポーザ１２上に載置され、接着剤等で一体化されている。撮像素子１１の撮像面領域１１ａの周囲にシール枠１３が載置され、接着剤等で一体化されている。これらの撮像素子１１、シール枠１３等は、箱体形状のケーシング１４によって覆われ、ケーシング１４の上側の開口部には保護ガラス１７が設けられる。保護ガラス１７とケーシング１４の載置部には接着剤等で密封される。
【００２１】
ケーシング１４の側壁面には、流体導入管１５ａと流体導出管１５ｂが設けられている。流体導入管１５ａは、導管１６ａを通じて流体ポンプ４０に接続しており、また流体導出管１５ｂは、導管１６ｂを通じて冷却ユニット７０に接続されている。流体導入管１５ａから空気が導入され、この空気流は撮像素子１１等の半導体チップやワイヤボンディング２５の脇を流れ、流体導出管１６ｂから排出される。なお、シール枠１３が設けられているので、空気流は撮像面領域１１ａ上を流れることはない。
【００２２】
ケーシング１４の内部は、図４に示すように半導体基板が積層されている。光学系によって結像された被写体像を光電変換する撮像素子１１の裏面側（撮像素子の受光面とは反対側）には、第１スペーサー２１が配置されている。撮像素子１１は、撮像素子を含む撮像用半導体チップであり、撮像素子１１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の二次元撮像素子を用いる。
【００２３】
第1スペーサー２１の熱伝導率は低い値の電気的絶縁材料が用いられており、熱隔離部材として働く。低熱伝導率（λ）のスペーサー２１の材料としては、λ＜１．０ｗ／ｍＫ程度であることが望ましく、例えば、ガラス、ヒュームドシリカ、高純度ジルコニア、発泡セラミック等を使用することができる。
【００２４】
第１スペーサー２１の裏面側には種々の回路を含む第１回路基板（半導体チップ）２２が配置されている。第１回路基板２２は、撮像素子１１を駆動するための撮像素子駆動回路が設けられており、この撮像素子駆動回路としては、タイミングジェネレータ（ＴＧ）や、撮像素子１１の読み出し用の駆動ドライバ等の回路が含まれる。また、第１回路基板２２には、撮像素子１１から出力される撮像信号の処理を行なうためのアナログ信号処理回路、アナログ・フロント・エンド（ＡＦＥ）回路、Ａ／Ｄ変換回路、また種々の調整値や補正値を記憶するためのＥ２ＰＲＯＭ等の電気的書き換え可能な不揮発性メモリ等が設けられている。
【００２５】
第１回路基板２２の裏面側には第２スペーサー２３が配置されており、この第２スペーサー２３の熱伝導率は、上述の第１スペーサー２１よりは高い材料が用いられている。この第２スペーサー２３の裏側には、第２回路基板(半導体チップ)２４が配置されている。このように第２スペーサー２３の方が第１スペーサー２１よりも高い熱伝導率の材料を用いているので、第１回路基板２２で発生した熱は、撮像素子１１に流れることはなく、暗電流等による画質の低下を防止することができる。
【００２６】
第２回路基板２４は、インターフェース回路を有しており、撮像素子ユニットと接続されるデジタルカメラやビデオカメラ等の電子撮像装置とのインターフェース機能を果たす。また、第２回路基板２４はインターポーザ１２に直接、載置されているので、インターポーザ１２に貫通電極（不図示）を設け、第２回路基板２４と外部の接続をとる。この貫通電極と放熱用電極２６をそれぞれ接続する。なお、この場合には、電極を通じて放熱できるので、インターポーザ１２の熱伝導率は低いものでも構わない。
【００２７】
前述の撮像素子１１は、第１回路基板２２内の撮像素子駆動回路等に接続されており、撮像素子１１は撮像素子駆動回路等の駆動制御の下で被写体像を光電変換し、この変換された撮像画像信号をＡ／Ｄ変換回路によってデジタルデータに変換し、第２回路基板２４内のインターフェース回路を通じてデジタル画像データとして出力される。これらの撮像素子１１、第１スペーサー２１、第１回路基板２２、第２スペーサー２３および第２回路基板２４の順に積層され、第２回路基板２４は、薄い基板で構成されたインターポーザ１２上に配置されている。
【００２８】
撮像素子１１および第１回路基板２２内の各回路素子は、それぞれボンディングワイヤ２５および電極２６を介して外部の回路と接続している。図４（Ａ）（Ｂ）においては、ボンディングワイヤ２５は、各基板の両端から１箇所ずつ配線しているが、実際には各基板の電極毎にボンディングワイヤが配線されており、図面上ではこれらを省略している。また、第２回路基板２４の全ての電極を貫通電極で構成すれば、第２回路基板２４については、ワイヤボンディングを不要とすることができる。
【００２９】
また、シール枠（シール部材）１３は、前述したように撮像素子１１と保護ガラス１７との間に配置されているので、撮像素子１１の撮像面領域１１ａ上は、シール枠１３と保護ガラス１７によって、完全に密封され、塵やホコリ等が侵入することはない。ケーシング１４の側壁には孔が設けられ、この孔に流体導入管１５ａと流体導出管１５ｂが嵌め込まれている。流体導入管１５ａ内には、図４（Ｄ）に示すように、ダイアフラムで構成されるオリフィス１５ｇが設けられている。このオリフィス１５ｇにより、流速が速くなり、周囲の熱を奪うので、これによっても撮像モジュール１０内での熱を冷却することができる。
【００３０】
これら流体導入管１５ａと流体導出管１５ｂは、対向する位置に配置されているので、流体導入管１５ａを通じて、ケーシング１４内に導入された空気等の流体は、撮像素子１１等、積層された半導体チップの脇やワイヤボンディング２５を流れ、流体導出管１５ｂから外に熱を逃がす。なお、前述したように撮像面領域１１ａ上はシール枠１３が設けられていることから、流体が流れることはない。
【００３１】
次に、撮像ユニットモジュール１１を両面フレキシブル基板３０に取り付けた状態について、図４（Ｂ）を用いて説明する。この図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の撮像素子モジュール１１を両面フレキシブル基板３０に取り付けた状態の断面図である。
【００３２】
撮像素子モジュール１１の電極２６は、両面フレキシブル基板３０の対応する銅箔パターン３２に半田付けにより接続されている。両面フレキシブル基板３０は、ポリイミド等からなるベース材３３の表面および裏面に、回路配線のための銅箔パターン３２が設けられ、電極２６と接続部分を除いて、絶縁のためにカバーレイ３１を被覆している。また、両面フレキシブル基板３０は、放熱用金属板３５に保持されている。
【００３３】
次に、冷却ユニット７０の構造について、図５を用いて説明する。冷却ユニット７０は、冷却材７１と冷却パイプ７２等から構成されている。冷却材７１は、シリコンゴム等の吸熱効果の高い材料で構成されており、例えば、信越化学株式会社製のＴＣシリーズのシリコンゴムを使用することができる。この冷却材７１は円筒状に形成されており、この冷却材７１の周囲に、熱伝導率の高い材料、例えば銅管等の材料からなる冷却パイプ７２が巻回されている。
【００３４】
この冷却パイプ７２の一端は、前述の撮像モジュールの導管１６ｂに接続されており、他端は流体ポンプ４０に繋がる導管７４に接続されている。また、冷却材７１の一端側は熱放熱板７３に接続されている。この熱放熱板７３は、カメラ１の枠体等、熱容量が大きく、かつ外部に放熱が可能な部材であればよい。
【００３５】
このように、冷却ユニット７０は、構成されているので、導管１６ｂを通じて冷却パイプ７２に導入される空気は、冷却パイプ７２を通過する際に、冷却材７１によって熱を奪われ、導管７４を通じて、流体ポンプ４０に導出される。冷却材７１は熱放出板７３を通じて、冷却パイプ７２を流れる空気等の流体から奪った熱を放熱する。
【００３６】
次に、図６および図７を用いて、流体ポンプ４０の構造について説明する。図６（Ａ）は流体ポンプ４０の軸方向に沿った断面図であり、図６（Ｂ）は、流体ポンプ４０と一緒に使用される逆止弁の長手方向に沿った断面図である。また、図７は流体ポンプ４０の分解斜視図である。
【００３７】
筒状形状のポンプ筒体４１の長手方向、ほぼ中央に段差があり、ポンプ筒体４１は相対的に大径の大径円筒部と小径の小径円筒部４１ｄとを有している。さらに小径円筒部４１ｄの先端部は、端面壁４１ｃで閉じられている。段差部分に当て付くように筒体４１の内部にて隔壁４５が接着剤等で気密に固着されている。そして、この隔壁４５は円盤形状をなしており、この隔壁４５の中心部には孔が設けられており、この孔に第２キャリア４７の突起部が嵌入されている。この突起部と隔壁４５との間は、Ｏリング等が配置されており、第２キャリア４７は回転自在でかつ気密が保たれている。このようにして、小径円筒部は隔壁４５と小径円筒部４１ｄと、端面壁４１ｃとでポンプ室４１ｂを構成している。
【００３８】
第２キャリア４７には、図７に示すように、３つの第２遊星ギア４８の回転中心となるように、それぞれ嵌合するピンが円周方向に等間隔に３本、植設されている。３つの第２遊星ギア４８は、ポンプ筒体４１の内側に設けられた内歯４１ａに、それぞれ噛合している。また、同時に、３つの第２遊星ギア４８は、第１キャリア４９の回転中心の突起に設けられたギア部に、それぞれ噛合している。
【００３９】
第１キャリア４９には、図７に示すように、３つの第１遊星ギア５０の回転中心となるように、それぞれ嵌合するピンが円周方向に等間隔に３本、植設されている。３つの第１遊星ギア５０は、ポンプ筒体４１の内側に設けられた内歯４１ａに、それぞれ噛合している。そして、３つの第１遊星ギア５０は、１つのモータピニオン５１に噛合している。このモータピニオン５１、第１キャリア４９および第２キャリア４７の回転中心が一直線上となるように、これらは配置されている。モータピニオン５１、第１遊星ギア５０、第１キャリア４９、第２遊星ギア４８、第２キャリア４７および内歯４１ａによって減速ギア部５３が構成される。
【００４０】
モータピニオン５１はモータ５２の出力軸に固着されており、モータ５２が回転すると、このモータピニオン５１も回転する。モータピニオン５１が回転すると、これに噛合する第１遊星ギア５０が回転し、また、３つの第１遊星ギア５０はそれぞれ内歯４１ａにも噛合しているので、ポンプ筒体４１の内周に沿って回転する。このため第１遊星ギア５０を保持する第１キャリア４９も、ポンプ筒体４１内で回転し、第１キャリア４９のギア部と噛合する第２遊星ギア４８も、それぞれ回転する。第２遊星ギア４８が回転すると、これを保持する第２キャリア４７も回転する。モータ５２の回転が減速ギア部５３によって減速されるので、第２キャリア４７の回転数は、モータ５２の回転数より、相当減速され、その分、トルクが増加する。
【００４１】
前述した第２キャリア４７の突起部は、ポンプ筒体４１の長手方向に延び、駆動ネジ４６が一体に形成されている。駆動ネジ４６の先端側は、シール５３が設けられ、ポンプ筒体４１との間を回転自在で気密に保持する。また、抜け止めのＥリングが設けられている。
【００４２】
駆動ネジ４６のネジ部には、ピストンとして動作する圧子４２が螺合しており、圧子４２の周側には、ポンプ筒体４１の内周部の間の気密を保持するためのシール４３が設けられている。また、圧子４２の周側の一部に切欠部４２ａ（図７）が設けられており、この切欠部４２ａは、ポンプ筒体４１の切欠形状に沿っている。切欠部４２ａによって、駆動ネジ４６が回転しても、これと螺合する圧子４２は、駆動ネジ４６に沿って往復移動するのみで、回転することはない。
【００４３】
合成樹脂、例えば、透明ポリカーボネート樹脂からなる透明材料で構成されたポンプ筒体４１の外側であって、かつ圧子４２の移動範囲内には、フォトリフレクタ５９ａ、５９ｂ（総称する場合には、フォトリフレクタ５９）が設けられている。すなわち導入管５５の近傍にはフォトレフレクタ５９ａ、導出管５６の近傍にはフォトリフレクタ５９ｂが、それぞれ設けられている。このフォトリフレクタ５９は、光を投射し、反射光を検出することにより、圧子４２の位置を検出する。
【００４４】
隔壁４５の突起部と圧子４２の突起部の間には、蛇腹筒４４が駆動ネジ４６を覆うように設けられている。圧子４２がポンプ室４１ｂ内で往復移動すると、隔壁４５より圧子４２側の気圧が変化し、隔壁４５と第２キャリア４７との隙間から空気が出入りする虞がある。本実施形態においては、柔軟な材質、例えば、ゴム、軟質プラスチックからなる蛇腹筒４４を設けることにより、気圧差を吸収し、隔壁４５の隙間から空気が出入りすることを防いでいる。そして、蛇腹筒４４が圧子４２で区切られたポンプ室４１ｂ内の２つの空間において、圧子４２のネジ穴と駆動ネジ４６との螺合から漏れる流体、この場合、空気が一方の空間から他方の空間へ漏れることを防ぐ。
【００４５】
ポンプ筒体４１の長手方向、隔壁４５から遠い位置に、導出管５６と導入管５８を設け、隔壁４５に近い位置に、導入管５５と導出管５７を設けている。導入管５は逆止弁８０ａ（図２参照）に接続され、導出管５６は逆止弁８０ｂに接続されている。また、導出管５７は逆止弁８０ｄに接続され、導入管５８は逆止弁８０ｃに接続されている。
【００４６】
逆止弁８０は、図６（Ｂ）に示すように、細長い筒状の筒体８１の内部に、流体通路体８２を配置してあり、この流体通路体８２のほぼ中央付近には、ボール８３が配置されている。このボール８３は、図中、左側方向に移動する場合には流体通路を塞ぎ、一方、右側に移動する場合にはボール８３の脇から流体が流れるよう、流体通路体８２の流体通路が形成されている。この逆止弁８０は簡単な構造としてリード（ｒｅｅｄ）を弁として用いてもよい。
【００４７】
このように、流体ポンプ４０と逆止弁８０が構成されているので、モータ５２が回転すると、モータピニオン５１の回転は、減速ギア部５３によって減速され、駆動ネジ４６を回転させる。この駆動ネジ４６に螺合し、ピストンとして動作する圧子４２は、切欠部４２ａの作用によって回転することはない。ここで、モータ５２を正転、逆転させることにより、圧子４２は駆動ネジ４６の長手方向に往復動するが、モータ５２の正逆転の切り換えは、後述するように、フォトレフレクタ５９によって検出された圧子４２の位置に基づいて行なう。
【００４８】
圧子４２が、図６（Ａ）において、左側から右側に移動すると、導出管５６から逆止弁８０ｂ（図２参照）を通って撮像モジュール１０に空気が送出される。なお、このとき導入管５８は、逆止弁８０ｃによって空気の送出が阻止されている。また、冷却ユニット７０、逆止弁８０ａを通って、導入管５５から空気が流入する。なお、このときは逆止弁８０ｄによって撮像モジュール１０から空気が流入することはない。
【００４９】
次に、圧子４２が、図６（Ａ）において、右側から左側に移動すると、導出管５７から逆止弁８０ｄを通って撮像モジュール１０に空気が送出される。なお、このとき導入管５５は、逆止弁８０ａによって空気の送出は阻止されている。また、冷却ユニット７０逆止弁８０ｃを通って、導入管５８から空気が流入する。なお、このときは逆止弁８０ｂによって撮像モジュール１０から空気が流入することはない。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係わるカメラの機械的構造は構成されているが、撮像モジュール１０の変形例について図８を用いて説明する。まず、撮像モジュール１０の第１の変形例を、図８（Ａ）（Ｂ）に示す。本発明の一実施形態においては、撮像素子１１等を挟んで反対側の位置に、導入管１５ａと導出管１５ｂを設けていた。しかし、第１の変形例においては、導入管１５ｃと導出管１５ｄのケーシング１４への取り付け位置は、略同じで、ただ、高さ方向の位置が異なっているだけである。
【００５１】
導入管１５ｅと導出管１５ｄを第１の変形例のように配置すると、図８（Ｂ）に示すように、空気等の流体には地球の自転の影響を受けてコリオリの力が働き、渦を巻いて流れる現象が発生する。第１の変形例においては、流体ポンプ４０に加えて、このコリオリの力を用いて、空気等の流体を効率良く、ケーシング１４ａ内で滑らかに渦を巻くように流すようにし、僅かな時間ではあるが空気をケーシング１４ａ内に滞留させ、滑らかに空気を排出し、ケーシング１４ａ内の素子の熱を効率良く冷却している。なお、コリオリの力は、北半球と南半球で向きが異なるので、販売地に応じて、その導入管と導出管の向きを異ならせる。
【００５２】
また、撮像モジュール１０のケーシングは、図８（Ｃ）（Ｄ）に示す第２の変形例のように、円筒状のケーシング１４ａでもよく、この場合には、空気流の流れは円滑になる。また、導入管１５ｅと導出管１５ｆの向きを、例えば９０度程度の角度をつけてもよい。この第２の変形例においても、空気流は渦巻くように流れるので、コリオリの力を利用することができる。
【００５３】
次に、本発明の一実施形態における電気的構成について、図９に示す回路ブロック図を用いて説明する。撮像モジュール１０内には、撮像素子１１、第１回路基板２２および第２回路基板２４が設けられており、撮像素子１１の出力は、これらの回路によって処理され、両面フレキシブル基板３０を介して、カメラ１の全体の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）９１に接続されている。また、撮像モジュール１０内の温度を測定する温度センサ９２が撮像モジュール１０内に配置されており、この温度センサ９２もＣＰＵ９１に接続されている。
【００５４】
ＣＰＵ９１には、ポンプモータ５２を駆動するためのポンプドライバ９４が接続されている。ポンプモータ５２が回転すると、流体ポンプ４０の圧子（ピストン）５２が往復動する。この圧子５２の動きをフォトリフレクタ５９ａ、５９ｂによって検出する。このフォトリフレクタ５９ａを駆動するためのセンサドライバ９３ａと、フォトリフレクタ５９ｂを駆動するためのセンサドライバ９３ｂもＣＰＵ９１に接続されている。
【００５５】
以上のように本実施形態の制御手段の一部を構成する電気回路は構成されているので、温度センサ９２によって所定温度以上であることが検出されると、ＣＰＵ９１はポンプドライバ９４に対してポンプモータ５２の回転を指令する。同時に、センサドライバ９３ａ、９３ｂに対して、フォトリフレクタ５９ａ、５９ｂによる検出を開始させ、フォトレフレクタ５９ａ、５９ｂによって圧子４２の移動を検出するたびに、ポンプモータ５２の回転方向を反転させる。
【００５６】
この動作の詳細について、図１０ないし図１２に示す制御手段としてのフローチャートを用いて説明する。この図１０に示すフローチャートは、電源電池が装填された際のパワーオンリセット時からのジェネラルフローチャートである。まず、電源電池が装填されると、初期化を行なう（Ｓ２）。この初期化において、カメラの機械的機構を初期位置に移動させると共に、ＣＰＵ９１などの電気回路におけるフラグ等のリセットを行なう。
【００５７】
次に、図示しないパワースイッチが電源オフ位置にあるかを判定し（Ｓ３）、電源オフ位置と判定された場合には、パワースイッチの状態のみを所定サイクルで検出する所謂スリープモードに入る（Ｓ１０）。一方、電源オン位置と判定された場合には、撮像モジュール温度監視のサブルーチンを実行する（Ｓ４）。このサブルーチンの詳細については、図１１および図１２を用いて後述する。
【００５８】
撮像モジュール温度監視のサブルーチンが終了すると、次に、ライブビュー表示モード（スルー画表示モード、または電子ビューモードとも言う）に設定されているか否かを判定する（Ｓ５）。ライブビュー表示モードは、撮像素子１１によって撮像された画像データを、液晶モニタ等の表示部に動画で表示するモードであり、光学ファインダと同様、被写体像を確認し、フレーミングするために使用するための表示モードである。
【００５９】
ライブビュー表示モードが選択されている場合には、ライブビュー表示を行う（Ｓ１１）。続いて、レリーズ釦が半押しされ、すなわちファーストレリーズスイッチ（以下、「１ｓｔレリーズ」と称す）がオンとなったかを判定する（Ｓ１２）。判定の結果、１ｓｔレリーズがオフであった場合には、ステップＳ３に戻り、前述の動作を繰り返す。
【００６０】
一方、１ｓｔレリーズがオンであった場合には、測距を行い、被写体に対して撮影レンズのピントを合わせる合焦動作を行う（Ｓ１３）。合焦動作が終わると、続いて、レリーズ釦が全押しされ、すなわちセカンドレリーズスイッチ（以下、「２ｎｄレリーズ」と称す）がオンとなったかを判定する（Ｓ１４）。
【００６１】
判定の結果、２ｎｄレリーズがオフであった場合には、ステップＳ３に戻り、前述の動作を繰り返す。一方、判定の結果、２ｎｄレリーズがオンであった場合には、ライブビュー表示モードにおいて、そのまま露光動作に入る（Ｓ１５）。露光動作が終わると、ステップＳ３に戻り、前述の動作を繰り返す。
【００６２】
ステップＳ５に戻り、ライブビュー表示モードでなかった場合には、すなわち、この場合には液晶モニタ等の表示部には被写体像が表示されず、撮影者は光学ファインダによって被写体像を確認し、フレーミングする。この状態で、ステップＳ１２と同様に、１ｓｔレリーズがオンかを判定し、オフの場合には、ステップＳ３に戻る。
【００６３】
一方、１ｓｔレリーズがオンの場合には、ステップＳ１３の場合と同様に合焦動作を行う（Ｓ７）。合焦動作が終わると、ステップＳ１４と同様に、２ｎｄレリーズがオンか判定し（Ｓ８）、判定の結果、オフの場合にはステップＳ３に戻る。
【００６４】
ステップＳ８における判定の結果、２ｎｄレリーズがオンの場合には、露光動作を行う（Ｓ９）。このときの露光動作は非ライブビュー表示モードにおける露光動作であり、撮像素子１１による撮像動作を開始させてから画像データの取得を行なう。露光動作が終わると、ステップＳ３に戻る。
【００６５】
次に、ステップＳ４における撮像モジュール温度監視のサブルーチンについて、図１１を用いて説明する。まず、温度センサ９２に撮像モジュール１０内の温度を測定させ、その温度が所定以上かを判定する（Ｓ２１）。判定の結果、所定以上ではなかった場合には、ポンプモータ５２が回転している場合には、モータ５２をオフにする。判定の結果、撮像モジュール１０の温度が所定値以上である場合には、ポンプモータ５２をオンとし、流体ポンプ４０を動作させる。なお、ポンプモータ５２が動作中に、このステップを実行する場合には、ポンプモータ５２のオンをそのまま継続する。
【００６６】
次に、フォトリフレクタ（第１センサ）５９ａが圧子（ピストン）４２を検出したかを判定する（Ｓ２３）。判定の結果、検知した場合には、ポンプモータ５２の回転方向を反転させ、圧子４２の移動方向を反転させる（Ｓ２５）。一方、ステップＳ２３の判定の結果、フォトリフレクタ５９ａが圧子４２を検出していない場合には、続いて、フォトリフレクタ（第２センサ）５９ｂが圧子（ピストン）４２を検出したかを判定する（Ｓ２４）。判定の結果、検知した場合には、ポンプモータ５２の回転方向を反転させ、圧子４２の移動方向を反転させる（Ｓ２６）。ステップＳ２４またはＳ２６での処理が終わると、ステップＳ２１に戻る。
【００６７】
このように、図１１に示す撮像モジュール温度監視のサブルーチンにおいては、撮像モジュール１０の温度が所定値より高い場合には、ポンプモータ５２を動作させ、流体ポンプ４０によって撮像モジュール１０内に冷却ユニット７０によって冷却された空気等の流体を送りこむようにしている。そして、撮像モジュール１０内の温度が所定値よりも低くなると、ポンプモータ５２をオフにし流体ポンプ４０の動作を停止して、図１０に示すルーチンに戻っている。
【００６８】
このため、撮像素子１１等が高温になり、ライブビュー表示や撮影の際に、画像の質が低下してしまうことを防止することができる。特に、図１１に示すフローでは、撮像モジュール１０内の温度が適正になるまでは、他の動作を停止するようにしているので、劣化した画質のままで表示され、また画像記録されるおそれがない。
【００６９】
次に、図１２を用いて、撮像モジュール温度監視のフローの別の例を説明する。図１１の例では、撮像モジュール１０内の温度が所定値より低くなるまでは、このルーチンを繰り返し行い、ライブビュー表示や露光動作等の他の動作を禁止していた。しかし、この例では、他の動作も並行して行うようにしている。同様の動作については、説明を簡略化し、相違点を中心に説明する。
【００７０】
まず、温度センサ９２によって撮像モジュール１０内の温度を測定し（Ｓ３１）、所定値より低い場合には、ポンプモータ５２をオフにして、元のルーチンに戻る（Ｓ３７）。一方、判定の結果、所定値より高温の場合には、ポンプモータ５２をオンとし、流体ポンプ４０を動作させる（Ｓ３２）。
【００７１】
次に、フォトリフレクタ（第１センサ）５９ａが、圧子（ピストン）４２を検知したかを判定し（Ｓ３３）、検知した場合には、ポンプモータ５２の回転方向を反転させ（Ｓ３５）、元のルーチンに戻る。判定の結果、検知していない場合には、フォトリフレクタ（第２センサ）５９ｂが圧子４２を検知したかを判定する（Ｓ３４）。判定の結果、検知した場合には、ポンプモータ５２の回転方向を反転させ（Ｓ３６）、元のルーチンに戻る。
【００７２】
このように、図１２に示す撮像モジュール温度監視のサブルーチンでは、撮像モジュール１０内の温度が所定値より低下しなくても、流体ポンプ４０を動作させた状態で、図１０に示すメインルーチンに戻り、ライブビュー表示、合焦動作、露光動作といった他の動作を行っている。この例では、撮像モジュール１０が高温のままで、撮像素子１１から画像データが出力されるおそれがあるが、他の動作を並行して行うようにしているので、シャッタチャンスを逃すことを防止することができる。
【００７３】
本発明の一実施形態において、撮像モジュール温度監視のサブルーチンとしては、図１１に示したサブルーチンでも、また図１２に示したサブルーチンでも、いずれのサブルーチンを採用しても構わない。また、図１０においては、ステップＳ４のタイミングで撮像モジュール温度監視のサブルーチンを実行していたが、ステップＳ１１からＳ１５の間や、また、ステップＳ２の初期化等、適宜、複数個所で、温度監視のサブルーチンを実行してもよい。この場合には、図１１と図１２のサブルーチンを適宜、使い分けるようにしても勿論構わない。
【００７４】
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、カメラ１は、撮像素子１１と、この撮像素子１１を密閉し、覆うケーシング１４と、撮像素子１１から熱エネルギーをケーシング１１の外部に放出するための冷却ユニット７０と、撮像素子１１を冷却するためケーシング１４内に空気等の流体を吹き込み、更に吹き込まれた流体をケーシング１４の外に排出する流体ポンプ４０を具備している。このため簡易な構造で撮像素子を内蔵したパッケージを効率的に冷却することができる。特に、撮像素子１１の近傍では、撮像素子１１付近の熱を奪うだけで、これと離れたところに配置してある冷却ユニット７０にて放熱しているので、効率的である。
【００７５】
なお、本実施形態においては、放熱用の流体として、空気を使用した例を説明したが、これに限らず、例えば、フロン、不活性ガス、絶縁油等、種々の絶縁性のある流体を用いることができる。また、撮像モジュール１０内には、第１回路基板２２と第２回路基板２４が配置されていたが、撮像素子１１のみでも勿論構わない。
【００７６】
また、本実施形態においては、放熱用の流体は、撮影モジュール１０、流体ポンプ４０、冷却ユニット７０およびこれらを結ぶパイプ内に密封され、この中を循環しているが、これに限らず、例えば、外気を吸い込み、これを冷却して撮像モジュール１０内に送出するようにしても勿論構わない。
【００７７】
また、本実施形態においては、流体ポンプ４０が冷却ユニット７０から冷却流体を導入し、これを撮像モジュール１０に送出していたが、これに限らず、流体ポンプ４０が流体を冷却ユニット７０に送出し、冷却ユニット７０で冷却した流体を撮像モジュール１０に導出するようにしても良い。
【００７８】
本発明の実施形態の説明にあたっては、デジタルカメラを例に挙げたが、カメラとしては、一眼レフタイプやコンパクトタイプのデジタルカメラ等の静止画撮影用のカメラでよく、またビデオカメラ等のように動画撮影用のカメラでも良い。また、これらのカメラ以外の専用機に組み込まれるような撮像装置や、携帯電話等の機器に組み込まれる撮像装置にも本発明を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態に係わるカメラの撮像モジュールの冷却機構の配置を示す透視図である。
【図２】本発明の一実施形態における流体の循環を説明するブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態における撮像モジュールの分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における撮像モジュールの断面図であり、（Ａ）は撮像モジュールのＡＡ断面図、（Ｂ）は撮像モジュールを両面フレキシブル基板に接続した状態でのＡＡ断面図、（Ｃ）はインターポーザの平面図、（Ｄ）は流体導入管の部分拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における冷却ユニットの構造を示す外観斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態における流体ポンプの構造を示す図であり、（Ａ）は流体ポンプの軸方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は、流体ポンプ４０と一緒に使用される逆止弁の長手方向に沿った断面図である。
【図７】本発明の一実施形態における流体ポンプの分解斜視図である。
【図８】本発明の実施形態における撮像モジュールの変形例であり、（Ａ）は第１の変形例の外観斜視図であり、（Ｂ）は内部構造を示す平面図であり、（Ｃ）は第２の変形例の内部の構造を示す平面図であり、（Ｄ）は外観斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態における電気回路を示すブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態におけるカメラの動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態における撮像モジュール温度監視のフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における撮像モジュール温度監視のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・カメラ、２・・・撮影レンズ、１０・・・撮像モジュール、１１・・・撮像素子、１１ａ・・・撮像面領域、１２・・・インターポーザ、１３・・・シール枠、１４・・・ケーシング、１４ａ・・・ケーシング、１５ａ・・・流体導入管、１５ｂ・・・流体導出管、１５ｃ・・・流体導入管、１５ｄ・・・流体導出管、１５ｅ・・・流体導入管、１５ｆ・・・流体導出管、１５ｇ・・・オリフィス、１６ａ・・・導管、１６ｂ・・・導管、１７・・・保護ガラス、２１・・・第１スペーサー、２２・・・第１回路基板、２３・・・第２スペーサー、２４・・・第２回路基板、２５・・・ワイヤボンディング、２６・・・電極、３０・・・両面フレキシブル基板、３１・・・カバーレイ、３２・・・銅箔パターン、３３・・・ベース材、３５・・・放熱用金属板、４０・・・流体ポンプ、４１・・・ポンプ筒体、４１ａ・・・内歯、４１ｂ・・・ポンプ室、４１ｃ・・・端面壁、４１ｄ・・・小径円筒部、４２・・・圧子、４３・・・シール、４４・・・蛇腹筒、４５・・・隔壁、４６・・・駆動ネジ、４７・・・第２キャリア、４８・・・第２遊星ギア、４９・・・第１キャリア、５０・・・第１遊星ギア、５１・・・モータピニオン、５２・・・モータ、５３・・・シール、５４・・・Ｅリング、５５・・・導入管、５６・・・導出管、５７・・・導出管、５８・・・導入管、５９・・・フォトレフレクタ、５９ａ・・・フォトレフレクタ、５９ｂ・・・フォトレフレクタ、７０・・・冷却ユニット、７１・・・冷却材、７２・・・冷却パイプ、７３・・・熱放出板、７４・・・導管、８０・・・逆止弁、８０ａ・・・逆止弁、８０ｂ・・・逆止弁、８０ｃ・・・逆止弁、８０ｄ・・・逆止弁、８１・・・筒体、８２・・・流体通路体、８３・・・ボール
【図１】
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【図３】
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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２】
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【図４】
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【図９】
2008258707.tif 000011
【図１０】
2008258707.tif 000012
【図１１】
2008258707.tif 000013
【図１２】
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