(57)【要約】【課題】ミクロン単位で位置を調整したＣＣＤに機械的負荷を与えることなくＣＣＤを効果的に冷却することを可能とするＣＣＤ冷却構造を提供する。【解決手段】ＣＣＤ３が発する熱を効果的に放熱するために、ＣＣＤ３を接着固定させた色分解プリズム２の取り付け部へのヒートシンク６の取り付けを、スプリング５を備えたスペーサ７を使用して固定することによって、ヒートシンク６の表面を、ＣＣＤ３の放熱面に、均一な押圧力で互いに押し付け合うように直接接触させる。この際、スペーサ７を、色分解プリズム２に取り付け部として設けられているタップに固定するような形状とすることにより、ＣＣＤ３への接触を、リジットなものではなく、スプリング５の弾性力によって、常に、均一な押圧力として、ＣＣＤ３の放熱面とヒートシンク６の表面とを接触可能とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）を冷却するＣＣＤ冷却構造であって、ＣＣＤの放熱面と直接接触するヒートシンクの表面とをスプリングの弾性力により押し付け合う構造とすることを特徴とするＣＣＤ冷却構造。
【請求項２】
前記ＣＣＤを固着させた色分解プリズムの取り付け部として備えたタップに、前記スプリングを備えたスペーサを固定することにより、前記スプリングを介して、前記ＣＣＤの放熱面と前記ヒートシンクの表面とが互いに押し付け合うように接触させることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ冷却構造。
【請求項３】
撮像素子としてＣＣＤを備えたＣＣＤカメラであって、前記ＣＣＤを冷却する冷却構造として、請求項１または２に記載のＣＣＤ冷却構造を備えていることを特徴とするＣＣＤカメラ。
【請求項４】
当該ＣＣＤカメラが３板式のＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項３に記載のＣＣＤカメラ。
【請求項５】
固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）を冷却するＣＣＤ冷却方法であって、ＣＣＤの放熱面と直接接触するヒートシンクの表面とをスプリングの弾性力により押し付け合うように接触させて冷却することを特徴とするＣＣＤ冷却方法。
【請求項６】
前記ＣＣＤを固着させた色分解プリズムのタップに、前記スプリングを備えたスペーサを固定して、前記ＣＣＤの放熱面と前記ヒートシンクの表面とが互いに押し付け合うように接触させることを特徴とする請求項５に記載のＣＣＤ冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ冷却構造、ＣＣＤカメラおよびＣＣＤ冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device：電荷結合デバイス）の画素密度は益々高くなり、デバイスの冷却性能に対する要求は年々厳しくなってきている。さらに、温度変化による熱膨張や振動などの影響により、ＣＣＤに対して機械的な負荷が加わってＣＣＤの位置ずれが発生するような冷却構造を避けることが必須になってきている。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１の特開２００７−１２３４０３号公報「電子機器」では、ＣＣＤセンサから放出されるノイズを効果的に除去するため、ＣＣＤセンサに接して配置した導電性を有するヒートシンクを、導電性を有する板バネで押圧し、該板バネをＣＣＤ基板のグランド層に接続する構造を提案している。しかしながら、本特許文献１の技術では、単板式のＣＣＤを用いる場合には、ＣＣＤの特定方向への位置ずれを板バネにより防ぐことは可能であるとしても、放送機器向けのような高解像度を要する３板式のＣＣＤカメラの場合には、ＣＣＤの熱、衝撃、振動を含めた何らかの外的要因により、ＣＣＤの位置ずれがいずれかの方向に生じて、解像度が劣化するという不具合が発生するおそれがある。また、ＣＣＤのリード端子が半田付けされており、一定方向に負荷が発生しているため、半田の強度劣化という問題も併発する恐れがある。
【０００４】
また、特許文献２の特願２００７−０３５１０１号公報「半導体パッケージの実装構造」では、発熱した半導体パッケージの熱を放熱させるための放熱部材を搭載した実装基板を、前記半導体パッケージに接触させて配置し、弾性体によって互いに押し付け合う構造を提案している。しかしながら、本特許文献２の技術も、前記特許文献１の場合と同様、放送機器向けのような高解像度を要する３板式のＣＣＤカメラの場合には、ＣＣＤの位置ずれを防ぐことができなくなるという問題がある。さらに、半導体パッケージと実装基板との各位置を均一な力で押し合うように調整することが難しいし、耐振動特性にも弱いという側面がある。
【特許文献１】特開２００７−１２３４０３号公報（第３−５頁）
【特許文献２】特願２００７−０３５１０１号公報（第２−３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、従来技術においては、ＣＣＤ冷却構造として、ＣＣＤの位置ずれの要因を除去しつつ、効果的にＣＣＤを冷却するという技術としては問題があるし、特に、高解像度が要求される放送機器向けの３板式のＣＣＤカメラに適用可能なＣＣＤ冷却技術という点では大きな問題がある。一般的に、ＣＣＤは、高温時に暗電流が増加し、映像のノイズが増加するため、外的要因（温度、振動）によっても、ＣＣＤ固定部は、その位置がずれることがないように、ＣＣＤを冷却することが重要である。
【０００６】
このため、ＣＣＤに機械的な負荷を与えることなく、３板式のＣＣＤカメラにおいても適用可能とするために用いられている従来の構造について、前記特許文献１、２とは異なる構造を図３、図４を用いて説明する。図３は、従来のＣＣＤ固定部の構造を示す断面図であり、図４は、従来のＣＣＤ固定部の製造過程を説明するための分解図である。図３、図４に示すように、ＣＣＤ固定部は、ＣＣＤ３を、フロントパネル１に配置した色分解プリズム２上に、ＣＣＤ駆動基板４、放熱ゴム５ａ、ペルチェ８ａ、ヒートシンク６、ヒートシンクブラケット７ａの各部材を用いた冷却機構を備えた形で固定することによって形成されている。
【０００７】
図３に示すように、ＣＣＤ３は、色分解プリズム２を通して、Ｒ，Ｇ，Ｂ各３チャンネルに結像されている。このＣＣＤ３の位置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に加え、回転角（ヨーイング、ローリング、ピッチング）も含めた、合計６軸制御のマニュピュレータによって、ミクロン単位での調整が施され、色分解プリズム２に接着固定されている。
【０００８】
一方、ＣＣＤ３が発する熱を放熱するために、ＣＣＤ３に直接ヒートシンク６を取り付けると、ＣＣＤ３の固定がリジットになってしまうために、温度変化の際に、色分解プリズム２のプリズムガラスとヒートシンク６との熱膨張の差によって、ＣＣＤ３のデバイス固着面に機械的ストレスが発生し、その結果、６軸制御のマニュピュレータによって、折角、ミクロン単位で調整しておいたＣＣＤ３の位置がずれてしまい、解像度の劣化の要因となるという問題が発生する。
【０００９】
そこで、図３、図４に示すように、ＣＣＤ３とヒートシンク６との間にクッション性を有する放熱ゴム５ａを介して放熱を行うように構成し、ヒートシンク６の固定は、ヒートシンクブラケット７ａを介して、色分解プリズム２に設けられた取り付け部にネジ９によって固定するように構成している。
【００１０】
しかしながら、かくのごとき従来のＣＣＤ固定部の構造においては、放熱ゴム５ａの熱抵抗によって、ＣＣＤ３の冷却効果が低下するという問題が付随して発生してしまうことを避けることができない。
【００１１】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、ミクロン単位で位置を調整したＣＣＤに対して、位置ずれを引き起こさせるような機械的なストレスを与えることなく、ＣＣＤを効果的に冷却することを可能とするＣＣＤ冷却構造、ＣＣＤカメラおよびＣＣＤ冷却方法を提供することを、その目的としている。
【００１２】
つまり、本発明は、ＣＣＤの発熱を放熱して冷却するためのヒートシンクを、ゴム材ではなく、スプリングとスペーサとを介して、ＣＣＤに密着するように取り付けることによって、ＣＣＤを効果的に冷却可能とすることを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決するため、本発明によるＣＣＤ冷却構造、ＣＣＤカメラおよびＣＣＤ冷却方法は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１４】
（１）固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）を冷却するＣＣＤ冷却構造であって、ＣＣＤの放熱面と直接接触するヒートシンクの表面とをスプリングの弾性力により押し付け合う構造とするＣＣＤ冷却構造。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＣＣＤ冷却構造、ＣＣＤカメラおよびＣＣＤ冷却方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００１６】
第１に、ＣＣＤの放熱面へ直接ヒートシンクの表面を接触させることが可能であり、ＣＣＤを効果的に冷却することができる。
【００１７】
第２に、ヒートシンクのＣＣＤの放熱面への押し付け力を各位置で均一にし、かつ、調整可能とすることができる。
【００１８】
第３に、ＣＣＤの位置が温度変化による熱膨張や振動などによってずれてしまうことを防止し、解像度の劣化を防ぐができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明によるＣＣＤ冷却構造、ＣＣＤカメラおよびＣＣＤ冷却方法の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。
【００２０】
（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴について、その概要をまず説明する。本発明は、固体撮像素子つまりＣＣＤ（Charge  Coupled  Device：電荷結合デバイス）を冷却するために、ヒートシンク（放熱器）をＣＣＤ（電荷結合デバイスつまり固体撮像素子）に、不均一な機械的負荷を与えることなく取り付けて、ＣＣＤの発熱を効果的に放熱させることを可能とした構造を備えていることを特徴している。
【００２１】
つまり、ヒートシンク（放熱器）の取り付けは、スプリングを介して行うことにより、ＣＣＤ３の固定がリジットになってしまうような構造を採用していないため、温度変化による熱膨張や振動などの影響により、ミクロン単位で調整しておいたＣＣＤの位置がずれてしまうようなＣＣＤ固定部への機械的な負荷を与えることを防止可能な構造としているので、解像度の劣化の要因を排除することが可能となっている。
【００２２】
（本発明の実施形態）
本発明によるＣＣＤ冷却構造、ＣＣＤカメラおよびＣＣＤ冷却方法について、図１、図２に、その一例を示している。図１は、本発明によるＣＣＤ冷却構造の一例を示す断面図であり、図２は、本発明によるＣＣＤ冷却構造の製造過程の一例を説明するための分解図である。図１、図２に示すように、ＣＣＤ固定部は、ＣＣＤ３を、フロントパネル１に配置した色分解プリズム２上に、ヒートシンク６ａ、ＣＣＤ駆動基板４、ヒートシンク６ｂ、ワッシャ８、スプリング５、スペーサ７の各部材を用いた冷却機構を備えた形で固定することによって形成されている。
【００２３】
図１に示すように、ＣＣＤ３は、色分解プリズム２を通して、Ｒ，Ｇ，Ｂ各３チャンネルに結像されている。このＣＣＤ３の位置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に加え、回転角（ヨーイング、ローリング、ピッチング）も含めた、合計６軸制御のマニュピュレータによって、ミクロン単位での調整が施されて、色分解プリズム２に接着固定されている。
【００２４】
さらに、ＣＣＤ３が発する熱を効果的に放熱するために、ＣＣＤ３を接着固定させた色分解プリズム２の取り付け部へのヒートシンク６ａ，６ｂの取り付けを、図３、図４に示したような従来技術のように、放熱ゴムやヒートシンクブラケットを用いてネジで固定するのではなく、スプリング５を介してスペーサ７を使用して固定することによって、ヒートシンク６ａの表面を、ＣＣＤ３の裏面（放熱面）に、均一な押圧力で互いに押し付け合うように直接接触させることを可能な構造としている。
【００２５】
さらに、スペーサ７は、色分解プリズム２に取り付け部として設けられているタップに固定可能とするような形状とすることによって、ＣＣＤ３への接触は、リジットではなく、スプリング５の弾性力によって、常に、均一な押し付け力として、ＣＣＤ３の放熱面とヒートシンク６ａの表面とを接触させることが可能である。ここで、スプリング５、スペーサ７のサイズを調整することにより、ヒートシンク６ａの表面とＣＣＤ３の放熱面との間の押圧力を所望の値に調整することも簡単に実現することが可能である。
【００２６】
而して、温度変化による熱膨張や振動などによって発生するＣＣＤ３への機械的なストレスをスプリング５の弾性力が吸収する構造としているため、従来技術において問題であった、ミクロン単位で調整しておいたＣＣＤ３の位置が、温度変化による熱膨張や振動などによってずれてしまい、解像度の劣化が発生することを防ぐことが可能となる。
【００２７】
つまり、図１、図２のようなＣＣＤ冷却構造においては、ＣＣＤ３を冷却する際に、ヒートシンク６（６ａ，６ｂ）を、ＣＣＤ３に不均一な機械的負荷を与えることなく、ＣＣＤ３の放熱面に直接接触させる状態で取り付けて、ＣＣＤ３の発熱を効果的に放熱させることを可能としている。ここで、ヒートシンク６（６ａ，６ｂ）の取り付けは、スプリング５を用いることによって、リジットに固定するような構造ではないため、温度変化による熱膨張や振動などの影響により、ＣＣＤ裏面への機械的負荷を与えない構造とすることが可能となっている。
【００２８】
以上のように、本発明による実施形態によれば、次のような効果が得られる。
【００２９】
第１に、ＣＣＤ３の放熱面へ直接ヒートシンク６（６ａ，６ｂ）の表面を接触させることが可能であり、ＣＣＤ３を効果的に冷却することができる。
【００３０】
第２に、ヒートシンク６（６ａ，６ｂ）のＣＣＤ３の放熱面への押し付け力を各位置で均一にし、かつ、調整可能とすることができる。
【００３１】
第３に、ＣＣＤ３の位置が温度変化による熱膨張や振動などによってずれてしまうことを防止し、解像度の劣化を防ぐができる。
【００３２】
かくのごとき本発明によるＣＣＤ冷却構造を、超高感度３板式カメラにおけるＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルのＣＣＤ放熱機構として採用することにより、電子増倍機能を有するＥＭ−ＣＣＤ（Electron  Multiplying  ＣＣＤ：超高感度用ＣＣＤ）を採用した３板カメラとしての製品化を行うことも可能となる。
【００３３】
つまり、電子増倍機能を有するＥＭ−ＣＣＤ（Electron  Multiplying  ＣＣＤ）には、一般に、ペルチェを内蔵させることによって、自己冷却機構を有しているが、最適な画質を保つためには、ペルチェから発生する熱を効率的に放熱することが必要であり、厳しい温度変化、厳しい振動条件に耐えることができ、かつ、最大限の放熱効果が得られる冷却構造が必須となっているが、本発明によるＣＣＤ冷却構造は、かかる要求条件を満たすことができる。また、本発明は、ＣＣＤへの機械的負荷を除去することができる構造であるとともに、ＣＣＤの駆動回路基板からも独立し、その半田付け部にまったく負荷のかからない構造である。
【００３４】
以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。例えば、本発明の実施態様は、課題を解決するための手段における構成（１）に加えて次のような構成として表現できる。
（２）前記ＣＣＤを固着させた色分解プリズムの取り付け部として備えたタップに、前記スプリングを備えたスペーサを固定することにより、前記スプリングを介して、前記ＣＣＤの放熱面と前記ヒートシンクの表面とが互いに押し付け合うように接触させる上記（１）のＣＣＤ冷却構造。
（３）撮像素子としてＣＣＤを備えたＣＣＤカメラであって、前記ＣＣＤを冷却する冷却構造として、上記（１）または（２）のＣＣＤ冷却構造を備えているＣＣＤカメラ。
（４）当該ＣＣＤカメラが３板式のＣＣＤカメラである上記（３）のＣＣＤカメラ。
（５）固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）を冷却するＣＣＤ冷却方法であって、ＣＣＤの放熱面と直接接触するヒートシンクの表面とをスプリングの弾性力により押し付け合うように接触させて冷却するＣＣＤ冷却方法。
（６）前記ＣＣＤを固着させた色分解プリズムのタップに、前記スプリングを備えたスペーサを固定して、前記ＣＣＤの放熱面と前記ヒートシンクの表面とが互いに押し付け合うように接触させる上記（５）のＣＣＤ冷却方法。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるＣＣＤ冷却構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明によるＣＣＤ冷却構造の製造過程の一例を説明するための分解図である。
【図３】従来のＣＣＤ固定部の構造を示す断面図である。
【図４】従来のＣＣＤ固定部の製造過程を説明するための分解図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      フロントパネル
２      色分解プリズム
３      ＣＣＤ
４      ＣＣＤ駆動基板
５      スプリング
５ａ    放熱ゴム
６      ヒートシンク
６ａ    ヒートシンク
６ｂ    ヒートシンク
７      スペーサ
７ａ    ヒートシンクブラケット
８      ワッシャ
８ａ    ペルチェ
９      ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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