(57)【要約】【課題】外部電源２がバッテリー８に切り替わった際に、ＣＣＤ４の温度が徐々に周囲温度に近づくようにペルチェ素子５の冷却温度を制御し、ＣＣＤ４の破損を防止する電子機器を得る。【解決手段】温度制御部１１において、外部電源２からの電力供給停止時にバッテリー８に切り替わった際に、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が徐々に周囲温度に近づくようにペルチェ素子５に供給される電力量を制御するようにしたので、外部電源２からの電力供給停止時のＣＣＤ４の急激な温度変化に起因する機械的歪みによる破損を防止することができ、撮像素子の耐久性および信頼性が向上する効果がある。【選択図】図１
2008124999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電効果を利用した撮像素子と、
供給される電力量に応じて上記撮像素子を冷却する電子冷却素子と、
上記撮像素子の温度を測定する温度検知手段と、
上記温度検知手段により測定される上記撮像素子の温度に応じて上記電子冷却素子に供給される電力量を制御する温度制御部と、
外部からの電力供給停止時に上記電子冷却素子への電力供給を予備電源に切り替える電源切替機構とを備え、
上記温度制御部は、
外部からの電力供給停止時に上記予備電源に切り替わった際に、上記温度検知手段により測定される上記撮像素子の温度が徐々に周囲温度に近づくように上記電子冷却素子に供給される電力量を制御することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
温度制御部は、
撮像素子の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間が予め設定され、外部からの電力供給停止時に予備電源に切り替わった際に、温度検知手段により測定される上記撮像素子の温度が少なくとも設定された破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように電子冷却素子に供給される電力量を制御することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
温度制御部は、
外部からの電力供給停止時に予備電源に切り替わった際に、温度検知手段により測定される撮像素子の現在温度と当該電子機器の周囲温度との偏差に応じて、上記撮像素子の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間を求め、上記温度検知手段により測定される上記撮像素子の温度が少なくとも求められた破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように上記電子冷却素子に供給される電力量を制御することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項４】
光電効果を利用した撮像素子と、
供給される電力量に応じて上記撮像素子を冷却する電子冷却素子と、
上記撮像素子の温度を測定する温度検知手段と、
上記温度検知手段により測定される上記撮像素子の温度に応じて上記電子冷却素子に供給される電力量を制御する温度制御部と、
外部からの電力供給停止時に上記電子冷却素子への電力供給を予備電源に切り替える電源切替機構とを備え、
上記温度制御部は、
上記撮像素子の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間が予め設定され、外部からの電力供給停止時に上記予備電源に切り替わった際に、少なくとも設定された破損防止時間以上の時間をかけて上記電子冷却素子への電力供給を現電力量から徐々に零に制御することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像素子モジュールを有する電子機器に関し、特に撮像素子をペルチェ素子等の電子冷却素子で冷却する電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の光電効果を利用した撮像素子は、小型および軽量で使いやすいため、デジタルカメラ等の電子機器から微弱光の分光計測等に用いられる高感度計測機器まで幅広く利用されており、昨今の主流となっている撮像素子である。
しかしながら、ＣＣＤ等の撮像素子は、光の有無に関わらず、熱的要因により蓄積する電荷に起因した暗電流が発生し、その結果、ノイズが発生し、Ｓ／Ｎ比を低下させる。この暗電流に伴うノイズは、温度上昇に伴って増加し、また、感度が高くなるにつれて増加するものである。
【０００３】
この暗電流によるノイズ対策として、撮像素子の冷却が効果的であり、ペルチェ素子等の電子冷却素子を用いて電気的に冷却する方法がある。特に、微弱光の計測においては、暗電流を抑制することが極めて重要となるため、ＣＣＤ等の撮像素子の温度を−１００℃以下まで冷却できる撮像素子モジュールも市販されており、ノイズを軽減して、Ｓ／Ｎ比を向上させることが図られている。
【０００４】
このようなＣＣＤ等の撮像素子を有する従来の電子機器としては、光電変換により画像情報を取得可能なＣＣＤと、供給された電力量に応じてＣＣＤを冷却するペルチェ素子と、ＣＣＤの温度を測定する温度検知手段と、ＣＣＤに蓄積された電荷の転送タイミングを制御手段とを備え、制御手段は、ＣＣＤが所望の感度に応じた温度範囲に達しているときに電荷を転送するよう、温度検知手段に検知された温度に基づいてペルチェ素子に供給する電力量を制御し、暗電流によるノイズの発生を抑えると共に感度に応じたＣＣＤの温度制御ができるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３５６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電子機器は以上のように構成されているので、ペルチェ素子によりＣＣＤが電子機器の周囲温度と比較して十分低温まで冷却されたとき、ペルチェ素子への外部からの電力供給が停電や人為的ミス等により停止した場合、ペルチェ素子は吸熱動作を続けることができず、ＣＣＤは急激な温度変化にさらされ、そのためＣＣＤに機械的な歪みが生じて破損してしまうことがある。
なお、外部からの電力供給停止への対応策として、無停電電源装置（ＵＰＳ）等の設置策が挙げられるが、システム規模が大きくなる上、ＵＰＳ動作時にもＣＣＤは、ペルチェ素子により通常通り冷却が行われ、限られたＵＰＳの動作時間が終了した際には、上記のように、急激にＣＣＤの温度が変化して、破損の原因となってしまう。
このように、従来の電子機器では、外部からの電力供給停止時にはペルチェ素子の吸熱動作を制御できず、急激な温度変化によるＣＣＤの機械的な歪みによる破損を防止することは困難であるなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、外部電源が予備電源に切り替わった際に、撮像素子の温度が徐々に周囲温度に近づくように電子冷却素子の冷却温度を制御し、撮像素子の破損を防止する電子機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電子機器は、温度制御部において、外部からの電力供給停止時に予備電源に切り替わった際に、温度検知手段により測定される撮像素子の温度が徐々に周囲温度に近づくように電子冷却素子に供給される電力量を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、外部からの電力供給停止時の撮像素子の急激な温度変化に起因する機械的歪みによる破損を防止することができ、撮像素子の耐久性および信頼性が向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＣＣＤ検出器を示す構成図であり、図において、ＣＣＤ検出器（電子機器）１は、通常動作時には外部電源２からの電力供給により撮像等を行うものである。
ＣＣＤモジュール（撮影素子モジュール）３は、光電変換により分光計測や撮像を行うＣＣＤ（撮像素子）４と、ＣＣＤ４の下面と上面が接触するように設けられ、供給される電力量に応じてＣＣＤ４を冷却するペルチェ素子（電子冷却素子）５と、ＣＣＤ４と接触するように設けられ、ＣＣＤ４の温度を測定し、その測定した温度を電気信号に変換するサーミスタ（温度検知手段）６と、プラスチック等の材料により形成され、ＣＣＤ４、ペルチェ素子５およびサーミスタ６を収納するＣＣＤパッケージ７とから構成されるものである。
【００１１】
バッテリー（予備電源）８は、外部電源２と同じ電圧に充電される共に交換可能に設けられ、外部電源２からの電力供給停止時に継続して電力供給可能にしたものである。
電源スイッチ９は、連動する２接点により構成され、一方の接点が外部電源２およびバッテリー８とペルチェ素子５との間に接続され、接点のオン／オフによりペルチェ素子５への電力供給／遮断を切り替え、他方の接点が外部電源２と後述するリレー１０の励磁器１０ａとの間に接続され、接点のオン／オフにより外部電源２、電源スイッチ９およびリレー１０の励磁器１０ａからなる回路の開閉を切り替え可能にしたものである。
リレー（電源切替機構）１０は、励磁器１０ａとレバー１０ｃを有する単極双投の接点部１０ｂにより構成され、端子ａが外部電源２に、端子ｂがバッテリー８に、端子ｃが後述する温度制御部１１にそれぞれ接続され、励磁器１０ａが上記のとおり電源スイッチ９の接点と外部電源２との間に接続され、外部電源２からの電力供給時または電力供給停止時に応じて、ペルチェ素子５および温度制御部１１に接続される電源を、外部電源２またはバッテリー８に切り替え制御するものである。なお、図１は外部電源２からの電源供給停止時におけるリレー１０の接続状態を示しており、レバー１０ｃは付勢手段により端子ｂ側に付勢され、端子ｂと接続される。
【００１２】
温度制御部１１は、ペルチェ素子５とリレー１０の端子ｃとの間に接続され、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度を電気信号として入力し、外部電源２からペルチェ素子５に電力が供給される通常動作時には、ＣＣＤ４が所望の感度に応じた設定温度になるように外部電源２からペルチェ素子５に供給される電力量を制御し、外部電源２からの電力供給が停止され、バッテリー８からペルチェ素子５に電力が供給される電力供給停止時には、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が徐々に周囲温度に近づくように抵抗値を可変し、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を制御するものである。
【００１３】
次に動作について説明する。
図１において、電源スイッチ９をオンにすると、外部電源２、電源スイッチ９およびリレー１０の励磁器１０ａからなる回路が形成され、リレー１０では励磁器１０ａが励磁されることによりレバー１０ｃが端子ａ側に引き付けられて端子ａ，ｃ間がレバー１０ｃを介して接続され、外部電源２、電源スイッチ９、ペルチェ素子５および温度制御部１１からなる回路が形成される。これにより、外部電源２からペルチェ素子５に電力が供給される。なお、ＣＣＤモジュール３のペルチェ素子５以外の構成部品には外部電源２から他の系統を通じて電力が供給される。
【００１４】
このような外部電源２からペルチェ素子５に電力が供給される通常動作時には、温度制御部１１は、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度に応じて、ＣＣＤ４が所望の感度に応じた設定温度になるように外部電源２からペルチェ素子５に供給される電力量を制御する。この温度制御部１１による電力量制御は、温度制御部１１内に可変抵抗器を設け、可変抵抗器の抵抗値を制御することにより実現される。このとき、ＣＣＤ４が冷却により低下される設定温度は、ＣＣＤ検出器１の周囲温度に対して低いものとなる。
【００１５】
電源スイッチ９がオンした状態において、停電等により外部電源２からペルチェ素子５への電力供給が停止される電力供給停止時には、ＣＣＤモジュール３のペルチェ素子５以外の構成部品への電力供給も停止される。また、外部電源２の停電により、リレー１０では励磁器１０ａが非励磁となることによりレバー１０ｃが端子ａ側から端子ｂ側に付勢され、端子ｂ，ｃ間がレバー１０ｃを介して接続され、バッテリー８、電源スイッチ９、ペルチェ素子５および温度制御部１１からなる回路が形成される。これにより、バッテリー８からペルチェ素子５に電力が供給される。
なお、バッテリー８は、その出力電圧の低下を検出することで、外部電源２からバッテリー８に切り替わったことを検出し、その電源切替信号を温度制御部１１に出力する。
【００１６】
外部電源２からの電力供給が停止され、バッテリー８からペルチェ素子５に電力が供給される電力供給停止時には、温度制御部１１は、ＣＣＤ４が所望の感度に応じた設定温度になるような制御を中止し、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が、それまでの設定温度から徐々に周囲温度に近づくように抵抗値を可変し、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を制御する。
【００１７】
図２は電力供給停止時にペルチェ素子への供給電力とＣＣＤの冷却温度との関係を示す特性図である。
温度制御部１１においては、この特性図に示すとおり、通常動作時から電力供給停止時に切り替わった後は、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度をモニタしながら、可変抵抗器の抵抗値を徐々に大きくし、最終的には抵抗値を最大にすることで、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を徐々に小さくし、最終的には零にし、ＣＣＤ４の温度がそれまでの設定温度から徐々に周囲温度に漸近するように制御することができる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１によれば、温度制御部１１において、外部電源２からの電力供給停止時にバッテリー８に切り替わった際に、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が徐々に周囲温度に近づくようにペルチェ素子５に供給される電力量を制御するようにしたので、外部電源２からの電力供給停止時のＣＣＤ４の急激な温度変化に起因する機械的歪みによる破損を防止することができ、ＣＣＤ４の耐久性および信頼性が向上する効果がある。
また、温度制御部１１において、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を徐々に小さくし、最終的には零にする制御が行われることから、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を少なく済ますことができ、充電容量の小さいバッテリー８で装置の要求を満たすことができる効果がある。
【００１９】
なお、この発明の技術範囲は、上記実施の形態１に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施の形態１においては、撮像素子の一例としてＣＣＤを採用したが、ＣＣＤに限らず、光電効果を利用した撮像素子、例えば、ＣＭＯＳ等でも構わない。
また、電子冷却素子の一例として、ペルチェ素子を採用したが、ペルチェ素子に限らず、供給された電力量に応じて撮像素子を冷却できるものであれば構わない。
【００２０】
また、上記実施の形態１では、バッテリー８により、外部電源２からバッテリー８に切り替わったことを検出し、その電源切替信号を温度制御部１１に出力するようにしたが、リレー１０に新たな接点を設け、リレー１０の非励磁による新たな接点の動作に応じた電源切替信号を温度制御部１１に出力するようにしても良い。また、外部電源２とバッテリー８との間の切替手段としてリレー１０を用いたが、他の手段を用いてもよい。
【００２１】
さらに、上記実施の形態１では、温度制御部１１において、電力供給停止時には、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が徐々に周囲温度に近づくように抵抗値を可変し、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を制御するものとした。
これに対し、温度制御部１１において、ＣＣＤ４の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間を固定値として予め設定しておき、電力供給停止時には、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が少なくとも設定された破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように、時間検出器（図示せず）からの時間に応じて、可変抵抗器の抵抗値を徐々に大きくし、最終的には抵抗値を最大にすることで、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を徐々に小さくし、最終的には零に制御するようにしても良い。
このように、ＣＣＤ４の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように制御することで、確実にＣＣＤ４の破損を防止することができる効果がある。
【００２２】
さらに、温度制御部１１において、電力供給停止時には、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の現在温度と周囲温度検出器（図示せず）により測定されるＣＣＤ検出器１の周囲温度との偏差に応じて、ＣＣＤ４の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間を求め、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度が少なくとも求められた破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように、時間検出器（図示せず）からの時間に応じて、可変抵抗器の抵抗値を徐々に大きくし、最終的には抵抗値を最大にすることで、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を徐々に小さくし、最終的には零に制御するようにしても良い。
なお、この場合、温度偏差と破損防止時間との関係は、温度偏差が大きくなるほど破損防止時間が長くなる関係となり、予め数式あるいはテーブル等に記憶しておき、数式あるいはテーブル等の利用により温度偏差から破損防止時間を求めるようにすれば良い。
このように、ＣＣＤ４の現在温度とＣＣＤ検出器１の周囲温度との偏差に応じた破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように制御することで、より確実にＣＣＤ４の破損を防止することができる効果がある。
【００２３】
さらに、上記実施の形態１では、温度制御部１１において、電力供給停止時には、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度をモニタしながらＣＣＤ４の温度が徐々に周囲温度に近づくように制御したが、温度制御部１１において、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の温度をモニタすることなく、時間検出器（図示せず）からの時間のみに応じて制御するようにしても良い。
例えば、温度制御部１１において、ＣＣＤ４の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間を固定値として予め設定しておく。あるいは、電力供給停止時に、サーミスタ６により測定されるＣＣＤ４の現在温度と周囲温度検出器（図示せず）により測定されるＣＣＤ検出器１の周囲温度との偏差に応じて、ＣＣＤ４の急激な温度変化による破損を防止することが可能な破損防止時間を求める。
温度制御部１１では、少なくとも求められた破損防止時間以上の時間をかけて徐々に周囲温度に近づくように、時間検出器（図示せず）からの時間に応じて、可変抵抗器の抵抗値を徐々に大きくし、最終的には抵抗値を最大にすることで、バッテリー８からペルチェ素子５に供給される電力量を徐々に小さくし、最終的には零に制御するようにしても良い。
このように、外部電源２からの電力供給停止時のＣＣＤ４の急激な温度変化に起因する機械的歪みによる破損を防止することができ、ＣＣＤ４の耐久性および信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１によるＣＣＤ検出器を示す構成図である。
【図２】電力供給停止時にペルチェ素子への供給電力とＣＣＤの冷却温度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ＣＣＤ検出器（電子機器）、２  外部電源、３  ＣＣＤモジュール（撮影素子モジュール）、４  ＣＣＤ、５  ペルチェ素子（電子冷却素子）、６  サーミスタ（温度検知手段）、７  ＣＣＤパッケージ、８  バッテリー（予備電源）、９  電源スイッチ、１０  リレー、１０ａ  励磁器、１０ｂ  接点部、１０ｃ  レバー、１１  温度制御部。
【図１】
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【図２】
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