(57)【要約】【課題】簡単な構成で、たとえ気温が高いときに使用してもダークノイズを抑制することができる小型の冷却電子カメラを提供する。【解決手段】光電変換素子内蔵部３にＣＣＤあるいはＣＭＯＳの光電変換素子４と熱電冷却モジュール１を収容し、熱電冷却モジュール１の吸熱側基板６を光電変換素子４に熱的に接触配置する。熱電冷却モジュール１の放熱側基板７側には熱電冷却モジュール１に熱的に接続されるヒートパイプ９の一端側を配置し、該ヒートパイプ９の他端側には冷却部８を設け、ヒートパイプ９を移動してきた熱を、冷却部８に設けた冷却部材１５の相変化を利用して冷却する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＣＤもしくはＣＭＯＳからなる光電変換素子を用いた電子カメラにおいて、光電変換素子内蔵部に前記光電変換素子と熱電冷却モジュールが収容され、該熱電冷却モジュールの吸熱側基板が前記光電変換素子に熱的に接触配置されており、前記熱電冷却モジュールの放熱側基板側には前記熱電冷却モジュールに熱的に接続されるヒートパイプの一端側が配置されており、該ヒートパイプの他端側には該ヒートパイプを移動してきた熱を冷却部材の相変化を利用して冷却する冷却部が設けられていることを特徴とする冷却電子カメラ。
【請求項２】
ヒートパイプと冷却部を有する冷却機構が光電変換素子内蔵部に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば天体観測等に用いられ、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳからなる光電変換素子を有する冷却電子カメラに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光電変換素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ；荷電結合素子）あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；相補型金属酸化膜半導体）を集光部に用い、この光電変換素子によって、いわゆる光電変換を行う電子カメラが様々に用いられており、中でも、ダークノイズ対策を施した高性能電子カメラ（ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳカメラ）が天体観測等に用いられている。
【０００３】
前記ダークノイズは、ホワイトノイズと呼ばれる場合もあり、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳカメラに光を当てないにもかかわらず、長時間露光したときにＣＣＤあるいはＣＭＯＳにぽつぽつと現れる電気信号である。
【０００４】
この電気信号は、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ内部の電子が熱振動で刺激され、それが信号としてみなされてしまうために生じるものである。この電気信号発生現象は温度が低いほど抑えることができる。ＣＭＯＳはＣＣＤに比べて消費電力は少なくて済むが、使用状態で温度が上がるとＣＣＤ同様ノイズによる画像の不具合が発生する。
【０００５】
そこで、上記高性能ＣＣＤあるいは高性能ＣＭＯＳカメラは、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳの冷却構成を有して構成されており、冷却ＣＣＤカメラあるいは冷却ＣＭＯＳカメラとも呼ばれている。これらの冷却ＣＣＤカメラあるいは冷却ＣＭＯＳカメラを本明細書においては冷却電子カメラと呼ぶ。
【０００６】
冷却電子カメラの例として、例えば図３に示すようなＣＣＤカメラが提案されている。
【０００７】
この冷却電子カメラは、光電変換素子内蔵部３にＣＣＤの光電変換素子４と熱電冷却モジュール１を収容している。熱電冷却モジュール１の吸熱側基板６は光電変換素子４に熱的に接触配置されており、熱電冷却モジュール１の放熱側基板７側にはヒートシンク１６を介して冷却部８が設けられている。
【０００８】
なお、図３の図中、１０はレンズ部を示し、１７はＯリングを示す。例えば同図に示されるような冷却電子カメラは、レンズ部１０を介して撮像された画像をＣＣＤあるいはＣＭＯＳの光電変換素子４により光電変換を行なう。
【０００９】
前記熱電冷却モジュール１は、互いに間隔を介して配置された吸熱側基板６と放熱側基板７の間に複数の熱電変換素子５を互いに間隔を介して立設配置して形成されている。吸熱側基板６と放熱側基板７の対向面にはそれぞれ電極（図示せず）が形成されており、これらの電極を介して前記熱電変換素子５が直列接続されている。
【００１０】
熱電冷却モジュール１は、前記電極を介して熱電変換素子５の回路に電流を流すことにより、吸熱側基板６がこの吸熱側基板６に熱的に接続された光電変換素子４から熱を吸熱し、放熱側基板７から熱を放熱する。
【００１１】
上記のように、図３に示す冷却電子カメラは、熱電冷却モジュール１による電子冷却方式の冷却により光電変換素子４の冷却を行い、前記ダークノイズの抑制を行うものである。また、熱電冷却モジュール１の放熱側基板７側から効率的に放熱が行われるように、冷却部８が空冷式や水冷式によって放熱側基板７の冷却を行っている。
【００１２】
なお、上記冷却電子カメラについて、先行技術文献情報を調査した結果、現時点において先行技術文献は見つかっていない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記冷却電子カメラにおいて、冷却部８に水冷式の構成を適用すると、熱電冷却モジュール１の温度は安定化するものの、水循環を行う大掛かりな装置構成が必要となった。
【００１４】
また、上記冷却電子カメラにおいて、冷却部８にファンや放熱板を利用した空冷式の構成を適用すると、例えば夏場外気温が高いときは所望の冷却能力を得ることが難しい場合があった。
【００１５】
さらに、最近では、光電変換素子４をより低温にするために、２段、３段の熱電冷却モジュール１を内蔵して熱電冷却モジュール１による光電変換素子４の冷却能力を高める構成の冷却電子カメラも提案されている。この場合は、熱電冷却モジュール１の放熱側基板７側から、熱をより効率的に放熱することが望まれるが、従来の冷却部８の構成では、十分な放熱効果を得ることができない。
【００１６】
そうなると、熱電冷却モジュール１による光電変換素子４の冷却能力を高めることが困難となり、ダークノイズを十分に抑制することができないために、問題となっていた。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、簡単な構成で、たとえ気温が高いときに使用してもＣＣＤあるいはＣＭＯＳの作動温度上昇に伴うノイズを抑制することができる小型の冷却電子カメラを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、ＣＣＤもしくはＣＭＯＳからなる光電変換素子を用いた電子カメラにおいて、光電変換素子内蔵部に前記光電変換素子と熱電冷却モジュールが収容され、該熱電冷却モジュールの吸熱側基板が前記光電変換素子に熱的に接触配置されており、前記熱電冷却モジュールの放熱側基板側には前記熱電冷却モジュールに熱的に接続されるヒートパイプの一端側が配置されており、該ヒートパイプの他端側には該ヒートパイプを移動してきた熱を冷却部材の相変化を利用して冷却する冷却部が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記ヒートパイプと冷却部を有する冷却機構が光電変換素子内蔵部に対して着脱自在に設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００２１】
図１には、本発明に係る冷却電子カメラの一実施形態例の要部構成が断面図により示されている。本実施形態例の冷却電子カメラはＣＣＤカメラであり、同図に示すように、本実施形態例において、光電変換素子内蔵部３内の構成とレンズ部１０の配設構成は従来例と同様であるが、本実施形態例では、前記熱電冷却モジュール１の放熱側基板７側の構成を以下に示す特徴的な構成としている。
【００２２】
つまり、熱電冷却モジュール１の放熱側基板７側には、熱電冷却モジュール１に熱的に接続されるヒートパイプ９の一端側（下端側）２２が配置されており、該ヒートパイプ９の他端側（上端側）２３には該ヒートパイプ９を移動してきた熱を冷却部材１５の相変化を利用して冷却する冷却部８が設けられている。冷却部８は断熱容器１２に冷却部材１５を収容して形成されている。なお、図中、１４は熱伝導性部材である。
【００２３】
本実施形態例において、ヒートパイプ９と冷却部８を有して冷却機構２が形成されており、前記冷却部材１５は氷である。つまり、冷却部８は、ヒートパイプ９を移動してきた熱を、冷却部材１５である氷から水１１に相変化する融解熱を利用して冷却する。氷の融解熱は３４０［Ｊ／ｇ］または０．０９４４［Ｗ・ｈ／ｇ］である（１Ｊ＝１Ｗ・ｓ＝２．７７７８×１０−４［ｗ・ｈ］）。
【００２４】
また、冷却機構２は前記光電変換素子内蔵部３に対して着脱自在に設けられている。つまり、図２に示すように、断熱材カバー部２０が、ひんじ部２５を支点として矢印Ａ方向に回動自在に設けられており、断熱材カバー部２０に形成されたヒートパイプ挿入部１９に冷却機構２のヒートパイプ９が挿入される。
【００２５】
断熱材カバー部２０には、図１に示すように断熱材１３が設けられており、ヒートパイプ挿入部１９にヒートパイプ９を挿入し、図２に示すパッチン錠２１をしめることにより、ヒートパイプ９が光電変換素子内蔵部３と断熱材付きカバー部２０との間に固定される。
【００２６】
そして、ヒートパイプ９は、熱電冷却モジュール１との熱的接続側を除き、断熱材１３によって断熱され、熱の移動を効率的に行うことができる。また、冷却機構２を光電変換素子内蔵部３から離すときには、パッチン錠２１を開いてヒートパイプ９をヒートパイプ挿入部１９から外す。
【００２７】
なお、光電変換素子内蔵部３から外した冷却機構２を例えば冷凍室内等に放置することにより、冷却部８内の水１１を氷にし、冷却部８を繰り返し使用することができる。また、断熱容器１２の挿入口２８から氷を補給してもよい。
【００２８】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例は、ヒートパイプ９により熱電冷却モジュール１の放熱側基板７と冷却部８を無駄なく熱的に接続し、この熱を、氷の融解熱の大きいことを利用して冷却することで、簡便で効率的に光電変換素子４を冷却し、ダークノイズを抑制可能なＣＣＤカメラを実現することができる。
【００２９】
例えば、従来の空冷方式ではヒートシンク部の温度は外気温以下にはならず、熱電冷却モジュール１の放熱側基板７の温度は実際には５０℃を超えてしまっており、光電変換素子４自体の温度も１段の熱電冷却モジュール１を用いた場合では１０℃以下に保つのは至難であった。
【００３０】
これに対し、本実施形態例は、外気温３５℃のとき、熱電冷却モジュール１の放熱側基板７の温度は、ヒートパイプ９と氷融解熱で０℃近傍に保たれ、光電変換素子４の温度を−２０℃に保つことができた。
【００３１】
また、本実施形態例では、光電変換素子４を冷却するために熱電冷却モジュール１が要する熱量２〜３Ｗに対して、例えば氷２００ｇを断熱容器１２の中に収容することにより、熱放散を極めて低く抑え、一晩中、氷の補給無しに冷却電子カメラ（ＣＣＤカメラ）を連続使用できる。
【００３２】
前記の如く、高性能ＣＣＤカメラは、天体観測などに使用されることが多く、通常、天体観測は夜間一晩連続して行なう必要があるが、本実施形態例の冷却電子カメラを適用して例えば天体観測を行えば、氷の補給を行わずに、冷却電子カメラを連続使用して、ノイズの少ない良好な映像を得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態例の冷却電子カメラは、単に安定して効率的な冷却が得られるだけでなく、同じ冷却温度を達成するためには熱電冷却モジュール１の大きさ、能力自体が従来のものより小さく低いもので代替可能となり、それに要する温度制御の簡易化、消費電量の低減、製造コストの低減などの効果が得られる。
【００３４】
なお、本実施形態例は、冷却部８を形成する断熱容器１２の放熱ロスは極めて小さいが、例えば放熱ロスが３０％程度見込まれる容器に冷却部材（氷）１５を収容して冷却部８を形成したとしても、数時間は氷の補給無しに冷却電子カメラを十分連続使用できる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、冷却部８は断熱容器１２内に冷却部材１５としての氷を収容して形成したが、冷却部材１５は氷とするとは限らず、冷却部材１５として周知の保冷剤、例えば硬質ポリ　ウレタンフォーム（ＰＵＦ）等を断熱容器１２内に収容して冷却部８を形成してもよく、冷却部８は冷却部材１５の相変化を利用して冷却を行う構成とすればよい。
【００３６】
また、上記実施形態例では、冷却機構２を光電変換素子内蔵部３に対して着脱自在としたが、冷却機構２はかならずしも光電変換素子内蔵部３に対して着脱自在とするとは限らず、本発明は、冷却機構２が固定された冷却電子カメラとしてもよい。
【００３７】
さらに、上記実施形態例では、冷却電子カメラを天体観測等に適用することを考慮して冷却部８を小型に形成したが、例えばセキュリティーシステム等の監視用に冷却電子カメラを適用する場合、冷却部８を多少大型化しても冷却電子カメラの配置に支障を来すことがないので、冷却部８を上記実施形態例に適用したものより大きくしてもよい。この場合、冷却部８による冷却効果持続時間を長くすることができるので、冷却部８の交換作業頻度を一日一回から週一回といったように減らすことが可能となる。
【００３８】
さらに、上記実施形態例では、冷却電子カメラはＣＣＤカメラとしたが、本発明の冷却電子カメラはＣＭＯＳカメラとしてもよい。この場合、冷却電子カメラは、ＣＭＯＳの光電変換素子４を光電変換素子内蔵部３に内蔵して形成される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒートパイプにより熱電冷却モジュールの放熱側基板と冷却部を無駄なく熱的に接続することができるので、簡便で効率的にＣＣＤあるいはＣＭＯＳの光電変換素子を冷却し、たとえ気温が高いときに使用してもダークノイズを抑制可能な小型の冷却電子カメラを実現することができる。
【００４０】
また、本発明において、ヒートパイプと冷却部を有する冷却機構が光電変換素子内蔵部に対して着脱自在に設けられている構成によれば、例えば冷却機構を取り外した状態で冷却電子カメラを収納できるし、冷却機構のみを必要に応じて冷却し、上記優れた効果を奏する冷却電子カメラを容易に機能させることができる。
【００４１】
また、この構成の冷却電子カメラは、例えば複数種の冷却機構を用意しておき、必要に応じて適宜の冷却機構を光電変換素子内蔵部に固定して使用すれば、冷却部に設ける冷却部材の補充や交換などを行わずにダークノイズを抑制できる持続時間を決定でき、より使い勝手のよい冷却電子カメラを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却電子カメラの一実施形態例を断面図により示す要部構成図である。
【図２】上記冷却電子カメラの外観を、冷却機構を省略して示す説明図である。
【図３】従来のＣＣＤカメラの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　熱伝冷却モジュール
２　冷却機構
３　光電変換素子内蔵部
４　光電変換素子
５　熱電変換素子
６　吸熱側基板
７　放熱側基板
８　冷却部
９　ヒートパイプ
１０　レンズ部
１２　断熱容器
１５　冷却部材
【図１】
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【図２】
2004140429.tif 000004
【図３】
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