(57)【要約】【課題】撮像素子冷却型カメラにおいて、撮像素子表面の結露を防止する撮像素子冷却型カメラを提供すること。【解決手段】第１ハウジング部１１ａと、第２ハウジング部１１ｂとがＯリング２４を介して密閉空間を形成し、当該密閉空間内に配置された撮像素子２５を冷却素子１３で冷却する撮像素子冷却型カメラ１００において、前記撮像素子の表面側に形成された第１密閉室Ａと、前記第１密閉室の周囲に形成された第２密閉室Ｂと、前記第１密閉室と前記第２密閉室との通気を制御する第１電磁弁１８ａ、１８ｂと、前記第２密閉室と外界との通気を制御する第２電磁弁１８ｃ、１８ｃと、前記第１密閉室から第２密閉室内の空気を強制排気するファン２１ａ、２１ｂと、を具備してなる撮像素子冷却型カメラ１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ハウジング部と、第２ハウジング部とがＯリングを介して密閉空間を形成し、当該密閉空間内に配置された撮像素子を冷却素子で冷却する撮像素子冷却型カメラにおいて、
前記撮像素子の表面側に形成された第１密閉室と、
前記第１密閉室の周囲に形成された第２密閉室と、
前記第１密閉室と前記第２密閉室との通気を制御する第１電磁弁と、
前記第２密閉室と外界との通気を制御する第２電磁弁と、
前記第１密閉室から第２密閉室内の空気を強制排気するファンと、
を具備してなることを特徴とする撮像素子冷却型カメラ。
【請求項２】
前記第１密閉室と前記第２密閉室との通路を開放するように前記第１電磁弁を制御すると共に前記第２密閉室と前記外界との通路を閉鎖するように前記第２電磁弁を制御し、その後、前記冷却素子を作動させ、前記密閉空間を除湿する除湿制御処理と、
前記除湿制御処理後に、前記第１電磁弁を閉鎖し、かつ前記第２電磁弁の閉鎖を維持しつつ、前記冷却素子により前記撮像素子を冷却する冷却制御処理と、
前記冷却処理後に、前記撮像素子を作動させて撮像する撮像制御処理と、
前記撮像制御処理後に、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁を開放し、かつ前記ファンを作動させて、前記密閉空間に前記外界からの気体を導入する強制排気制御処理とを実行する制御処理手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子冷却カメラ。
【請求項３】
前記第２密閉室内に、除湿用冷却素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子冷却型カメラ。
【請求項４】
前記第１密閉室の光線入射側に設けられた第３密閉室を備え
前記第１密閉室と前記第２密閉室との通気穴には、防塵フィルタが配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像素子冷却型カメラ。
【請求項５】
前記第２密閉室と前記第３密閉室との通気穴には、防塵フィルタが配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像素子冷却型カメラ。
【請求項６】
外界との通気を制御する第３の電磁弁を更に有し、
前記第３電磁弁は、前記ファンが前記冷却素子と前記除湿用冷素子との放熱器を冷却する際に、開放され外気を導入することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像素子冷却型カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を冷却可能な撮像素子冷却型カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子を冷却する簡易冷却構造の冷却カメラは、冷却カメラの前後に分割された筐体をＯリングを介して密閉構造することで外気の浸入を妨ぎ、撮像素子を冷却した際の撮像素子表面や冷却カメラ内部の結露を防止する構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１６２３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の冷却カメラの構造では、Ｏリング自体の温度変化による膨張伸縮や経年劣化によってＯリングに微小な通気孔が生じ、密閉室への水蒸気の侵入を完全に防止することが難しく、密閉室内部に侵入した水蒸気はペルチェ素子の低温部に結露する。この結露した水蒸気は、冷却カメラを使い終わり冷却動作を止めた時に再び密閉室内に蒸発し、密閉室内を多湿状態にしてしまい、再度撮像素子を冷却しようとしてペルチェ素子が動作し始めた時、密閉室内の水蒸気がペルチェ素子で冷やされた撮像素子の表面に結露してしまうと言う課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、第１ハウジング部と、第２ハウジング部とがＯリングを介して密閉空間を形成し、当該密閉空間内に配置された撮像素子を冷却素子で冷却する撮像素子冷却型カメラにおいて、前記撮像素子の表面側に形成された第１密閉室と、前記第１密閉室の周囲に形成された第２密閉室と、前記第１密閉室と前記第２密閉室との通気を制御する第１電磁弁と、前記第２密閉室と外界との通気を制御する第２電磁弁と、前記第１密閉室から第２密閉室内の空気を強制排気するファンと、を具備してなることを特徴とする撮像素子冷却型カメラを提供する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、撮像素子冷却型カメラにおいて、カメラの冷却動作を終了したとき、密閉室内の水蒸気を速やかに排気し、再度冷却動作を始めたときに、撮像素子表面の結露を防止することが可能な撮像素子冷却型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】
【０００６】
本発明の一実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラについて図面を参照しつつ説明する。
【０００７】
図１は、実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラの断面概略構成図である。図２は、実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラの第１密閉室の除湿状態の説明図。図３は、実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラの密閉室内空気の排気状態の説明図。図４は、本実施の形態の変形例にかかる撮像素子冷却型カメラの断面図を示す。なお、部材を示す符号は主に図１に付して説明し、他の図の記載は省略する。
【０００８】
図１において、本実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラ１００（以後、単に冷却カメラと記す）は、第１ハウジング部１１ａと第２ハウジング部１１ｂがＯリング２４を介して固定されて冷却カメラ１００の筐体１１が構成されている。筐体１１は、矩形状或いは円筒状に形成されている。
【０００９】
第１ハウジング部１１ａの上部（図１紙面上方）には、カメラマウント１２が不図示の固定部材で固定されている。カメラマウント１２と第１ハウジング部１１ａとの間には、第２光学フィルタ１５（例えば、平行平板ガラスなど）が配置され、カメラマウント１２側からの外気の侵入を防止している。
【００１０】
第１ハウジング部１１ａの下部（図１紙面下方）には、撮像素子２５が支持された撮像素子用基板１４がねじ３０で第１ハウジング部１１ａに固定されている。撮像素子用基板１４の撮像素子２５の位置には開口が形成され、この開口を挿通して撮像素子冷却用のペルチェ素子１３が撮像素子２５の裏面に熱的に接触されている。ペルチェ素子１３のもう一方の面は、第２ハウジング部１１ｂの底部放熱器２２の内側面に熱的に接触されている。
【００１１】
撮像素子２５の撮像面側の第１ハウジング部１１ａには、開口が形成され、カメラマウント１２側から入射した光を撮像素子２５で撮像する。
【００１２】
撮像素子２５の表面カバーガラス上の非撮像領域にパッキン２３が配置され、このパッキン２３が第１ハウジング部１１ａに押圧されて空気の流通を遮断している。
【００１３】
また、撮像素子２５の表面カバーガラス側の空間の上方には、パッキン３１を介して第１光学フィルタ１６（例えば、赤外カットフィルタ等）がねじ３３で固定されている。
【００１４】
撮像素子２５の表面カバーガラスと第１光学フィルタ１６とで第１密閉室Ａが形成されている。また、第１ハウジング部１１ａと第２ハウジング部１１ｂとで形成される空間に第２密閉室Ｂが、第１ハウジング部１１ａと第２光学フィルタ１５と第１光学フィルタ１６で形成される空間に第３密閉室Ｃが形成されている。
【００１５】
第１ハウジング部１１ａの第１密閉室Ａの側壁には、第２密閉室Ｂに通じる開口３４、３４が形成され、開口３４、３４の第２密閉室側には、防塵フィルタ１７ｂ、１７ｂとＯリング１９ａ、１９ａを介して電磁弁１８ａ、１８ａが配置されている。電磁弁１８ａ、１８ａは、第１密閉室Ａと第２密閉室Ｂとの空気の流通を制御する。
【００１６】
第２密閉室Ｂと第３密閉室Ｃとは防塵フィルタ１７ａ、１７ａを介して開口３６、３６で結合され、第２密閉室Ｂと第３密閉室Ｃとの空気の流通が確保されると共に、第２密閉室Ｂから第３密閉室Ｃへ埃等が侵入するのを防いでいる。
【００１７】
第１ハウジング部１１ａのカメラマウント１２取り付け側には、外気を導入するための開口３７、３７が形成され、開口３７、３７の第２密閉室Ｂ側には、Ｏリング１９ｃ、１９ｃを介して電磁弁１８ｃ、１８ｃが設けられている。
【００１８】
また、第２ハウジング部１１ｂの放熱器２２の近傍には、第２密閉室Ｂから空気を排出するための開口３８、３８が形成され、開口３８、３８の第２密閉室Ｂ側には、Ｏリング１９ｂ、１９ｂを介して電磁弁１８ｂ、１８ｂが設けられている。
【００１９】
また、第２ハウジング１１ｂの放熱器２２の近傍の側面には、ファン２１ａ、２１ｂが設けられている。なお、放熱器２２は、ファン２１ａ、２１ｂで風を送らなくても十分な放熱効果を有している。
【００２０】
また、放熱器２２の第２密閉室Ｂ内部に配置された撮像素子２５を冷却するペルチェ素子１３の近傍には、除湿用のペルチェ素子２０ａ，２０ｂが配置されている。
【００２１】
冷却型カメラ１００は、上述のような構成で形成されている。
【００２２】
次に、冷却型カメラ１００の冷却動作について説明する。
【００２３】
（撮像素子冷却開始前動作）
本冷却型カメラ１００では、ペルチェ素子１３で撮像素子２５の冷却を始める前に、撮像素子２５表面の結露防止のための前動作を行う。
【００２４】
前動作は、図２に示すように電磁弁１８ｂ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｃを閉じて外気の流入を遮断した後、電磁弁１８ａ、１８ａを開放して、第１密閉室Ａと第２密閉室Ｂの空気の流通を確保する。この後、除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂを動作させて冷却し、除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂに第１密閉室Ａ、第２密閉室Ｂ、及び第３密閉室Ｃの水蒸気を除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂに結露させて、第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃに亘る空間の除湿、及び乾燥を行う。
【００２５】
第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃを十分に除湿、乾燥した後、電磁弁１８ａ、１８ａを閉じて第１密閉室Ａと第２密閉室Ｂとの空気の流通を遮断する。
【００２６】
（撮像素子冷却、撮影動作）
この後、図１に示すように、電磁弁１８ａ、１８ａ、１８ｂ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｃを全て閉じた状態で、撮像素子２５に熱接触しているペルチェ素子１３を動作させて、撮像素子２５を冷却し、撮像素子２５の熱雑音を低減し、撮像素子２５による画像取得を実行する。
【００２７】
（撮影終了後の動作）
冷却型カメラ１００による所望の撮影が終了した後、図３に示すように、ペルチェ素子１３及び除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂの動作を停止すると共に、電磁弁１８ａ、１８ａ、１８ｂ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｃを全て開放し、更にファン２１ａ、２１ｂを動作させることにより、第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの空気を強制的に排気する。
【００２８】
この時、開口３８，３８からファン２１ａ、２１ｂで第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの空気が排気されると共に、開口３７、３７から外気が導入される。この排気によって、ペルチェ素子１３及び除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂに結露していた水分が蒸発すると共に、空気と一緒に排気される。
【００２９】
このように、開口３７、３７から外気を導入しながらファン２１ａ、２１ｂで強制排気するため、第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの空気を効率よく排気することができ、ペルチェ素子１３及び除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂに結露した水分を十分に排気できる。
【００３０】
十分に排気を行い第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの空気を外気と置換した後で、埃や水蒸気の侵入を防止するために、全ての電磁弁１８ａ、１８ａ、１８ｂ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｃを閉鎖する。
【００３１】
以上、本実施の形態に係る冷却カメラ１００では、図２→図１→図３（→図２・・）を繰り返すことによって、冷却時の撮像素子２５のカバーガラス表面上への結露を防止し、撮像素子２５の熱雑音を抑えた良好な画像を得ることができる。また、これによって、ペルチェ素子１３及び放熱器２２によって構成される冷却機構の最大能力を引き出すことが可能になり、冷却温度に制限かけることなくさらに低い温度に撮像素子を冷やすことが可能となる。
【００３２】
「第１実施の形態の変形例」
図４は、本第１実施の形態の変形例である。図１から図３の形態と同様の構成には図１の符号を参照し説明を省略する。この変形例では、放熱器２２の放熱効率を上げるためにファン２１ａ，２１ｂで強制的に放熱器２２に空気を吹き付け放熱効率を上げる構成にしたものである。
【００３３】
第２ハウジング部１１ｂのファン２１ａ、２１ｂの近傍に外気導入口３９、３９を設け、外気導入と第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの強制換気の切替の際に使用する電磁弁２７ａ、２７ｂがＯリング２６ａ、２６ｂを介して配置されている。図３に示すように、第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの空気をファン２１ａ、２１ｂで強制排気する時には、電磁弁２７ａ，２７ｂで開口３９、３９を閉じ、第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの空気を効率よく排気するようにする。
【００３４】
一方、放熱器２２を冷やしてペルチェ素子１３や除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂの冷却効率を高める場合には、電磁弁２７ａ、２７ｂを開放し、外気導入口３９、３９を介して外気をファン２１ａ、２１ｂで積極的に導入して放熱器２２に吹き付けることが可能になる。この結果、放熱器２２の放熱効率が向上し、ペルチェ素子１３で撮像素子２５をより良く冷却することが可能になる。さらに、従来技術のようにペルチェ素子１３の冷却動作と撮像素子２５の撮影タイミングをずらす必要もなくなる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、密閉室形成部品であるＯリング２４の経年劣化等が発生しても、撮影に重要な撮像素子２５の前側（カバーガラス側）を内蔵する第１密閉室Ａの外側を囲むように形成された第２密閉室Ｂ、及び第３密閉室Ｃを有することによって、第１密閉室Ａの環境変化を緩和することができる。
【００３６】
また、第１密閉室Ａが乾燥状態になり、第２密閉室Ｂは作動している除湿用ペルチェ素子２０ａ、２０ｂによって乾燥状態に保たれることで第１密閉室Ａはさらに良好な乾燥状態となって結露などの阻害要因を除去できる。
【００３７】
また、撮影終了後は、電磁弁１８ａから１８ｃを全て開放して外気との通気を可能にし、かつファンを作動させて速やかに第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃに溜まった水蒸気を排気できる。そして、水蒸気排気後に最初の動作に戻って撮影をすることによって第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃの内部に水蒸気を蓄積することがない。この機構によれば第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃ内を定常的に乾燥状態に保つことが可能になるので、撮像素子２５をさらに低温に冷却することが可能となり撮像素子２５の暗電流ノイズを低減できる。
【００３８】
また、第１密閉室Ａから第３密閉室Ｃは電磁弁１８ａから１８ｃの開閉により外気との通気が可能になり内部に溜まる水蒸気の排気が早くなる。また、電磁弁１８ｃ、１８ｃの外側に排気ファン２１ａ、２１ｂを作動させることによって水蒸気排気がさらに早くなる。また、ファン２１ａ、２１ｂを作動させて放熱器２２の放熱効率を高めることによって撮像素子２５を更に低温にまで冷却することが可能になる。
【００３９】
また、この機構によって、乾燥状態が良好に保たれ、撮像素子２５が低温に達するので撮像素子２５を真空封じしたタイプの冷却型カメラの性能に安価に近づけることができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態において、開口３７から開口３８に防塵フィルタを配置することが、外気導入の際の埃等の侵入を防止する上で好ましい。
【００４１】
また、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラの断面概略構成図である。
【図２】実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラの第１密閉室の除湿状態の説明図。
【図３】実施の形態に係る撮像素子冷却型カメラの密閉室内空気の排気状態の説明図。
【図４】本実施の形態の変形例の断面図を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１１ａ    第１ハウジング
１１ｂ    第２ハウジング
１２      カメラマウント
１３      撮像素子冷却用ペルチェ素子
１４      撮像素子用基板
１５      第二光学フィルター
１６      第一光学フィルター
１７ａ、１７ｂ    防塵フィルター
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、２７ａ、２７ｂ    電磁弁
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、２６ａ、２６ｂ    Ｏリング
２０ａ、２０ｂ      除湿用ペルチェ素子
２１ａ、２１ｂ      排気ファン
２２      放熱器
２３      パッキン
２５      撮像素子
１００    撮像素子冷却型カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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