JP2003143449A

JP2003143449A - 固体撮像装置及び固体撮像装置の運転方法

Info

Publication number: JP2003143449A
Application number: JP2001332819A
Authority: JP
Inventors: Sakae Ito; 栄伊藤; Masahiro Hara; 雅宏原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像素子を室温よりも低い温度で作動さ
せる場合であっても結露の発生を確実に防止することの
できる固体撮像装置及び固体撮像装置の運転方法の提
供。【解決手段】固体撮像装置１は、光を光電変換する固
体撮像素子21,22,23と、各固体撮像素子を冷却するペル
チェ素子31,32,33と、各固体撮像素子と各ペルチェ素子
とを少なくとも収容するケース２と、ケース内の水蒸気
の電気化学的な酸化分解反応を進行させる電気分解セル
８と、各ペルチェ素子の出力を制御して各固体撮像素子
の作動温度を外部環境温度以下の所定温度に調節し、か
つ、ケース内の水蒸気圧が前記作動温度における飽和水
蒸気圧以下の所定値となる条件を満たすように、固体撮
像素子、ペルチェ素子及び電気分解セルの起動と停止の
タイミングをそれぞれ独立に制御する制御装置を備えた
画像処理部７とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を用
いた固体撮像装置及び固体撮像装置の運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いる固体撮
像装置において鮮明な画像を得るためには、作動中にお
ける固体撮像素子の温度上昇に伴う暗電流の増加を防止
することが重要となる。そのため、固体撮像装置には、
作動中の固体撮像素子を冷却してその温度上昇を防止す
るためのペルチェ素子や放熱器などを有する冷却機構が
設けられている。

【０００３】しかし、上述したような冷却機構を設ける
と、高温、多湿の環境下では、固体撮像装置の撮像素子
面に結露が発生する問題があった。この問題を解決する
方法としては、固体撮像装置の固体撮像素子を取り付け
るハウジング内の気密性を高めることが考えられるが、
部品加工精度を上げる必要があり、部品コスト高になる
と共に、メンテナンス性及び長期間の繰り返し使用に耐
えないなどという問題があった。

【０００４】そのため、例えば、特開平６−１３３２２
８号公報には、撮像装置を冷却するペルチェ素子とは異
なる除湿用のペルチェ素子を撮像面の近傍に配置し、こ
の除湿用ペルチェ素子の温度を撮像装置冷却用のペルチ
ェ素子よりも低い温度に制御してこの除湿用ペルチェ素
子に強制的に結露させて除湿する撮像装置制御方式が提
案されている。

【０００５】また、特開平１０−５６５８７号公報に
は、撮像装置と、該撮像装置を冷却する冷却装置とを具
えるテレビジョンカメラの撮像面の結露を防止するに当
たり、テレビジョンカメラの電源投入から所定の時間が
経過した後に、冷却装置のペルチェ素子を動作させるこ
とを特徴とするテレビジョンカメラの冷却装置の制御方
法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平６−１３３２２８号公報に記載の固体撮像装置制
御方式は、撮像装置を冷却するペルチェ素子の他に除湿
用のペルチェ素子が必要となり、除湿用のペルチェ素子
のために冷却効率が低下する問題があった。また、除湿
用のペルチェ素子のためのスペースが必要となるととも
に装置構成が複雑でコスト高となる欠点があった。ま
た、外部環境の湿度が高いと、除湿用のペルチェ素子に
より結露が発生する問題があった。

【０００７】また、特開平１０−５６５８７号公報に記
載のテレビジョンカメラの冷却装置の制御方法は、固体
撮像素子を外部環境温度（例えば、室温）よりも低い温
度に冷却して作動させる場合に結露が発生する問題があ
り、良好な撮像画像を得るには未だ不十分であった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みてなされたものであり、固体撮像素子を室温よりも低
い温度で作動させる場合であっても結露の発生を確実に
防止することのできる固体撮像装置及び固体撮像装置の
運転方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光を光電変換
する固体撮像素子と、固体撮像素子に隣接して配置され
ており、固体撮像素子を冷却する冷却素子と、固体撮像
素子と冷却素子とを少なくとも収容するケースと、ケー
ス内の水蒸気の電気化学的な酸化分解反応を進行させる
電気分解セルと、冷却素子の出力を制御して固体撮像素
子の作動温度を外部環境温度以下の所定温度に調節し、
かつ、ケース内の水蒸気圧が前記作動温度における飽和
水蒸気圧以下の所定値となる条件を満たすように、固体
撮像素子、冷却素子及び電気分解セルの起動と停止のタ
イミングをそれぞれ独立に制御する制御装置とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置を提供する。

【００１０】冷却素子を用いて固体撮像素子の作動温度
を外部環境温度以下の所定温度として作動させる場合、
固体撮像素子における結露は、固体撮像装置を起動させ
るときと停止させるときにおいて特に発生し易くなる
が、固体撮像素子、冷却素子及び電気分解セルのそれぞ
れの起動と停止のタイミングをずらしてケース内の水蒸
気分圧が上述の条件を満たすように調節することによ
り、結露の発生を防止し良好な撮像画像を得ることがで
きる。

【００１１】ここで、「外部環境温度」とは、固体撮像
素子と冷却素子とを少なくとも収容するケースの外部環
境の温度を示す。

【００１２】なお、本発明においては、固体撮像装置に
おける暗電流の増加を十分に抑制する観点から、固体撮
像装置の作動温度は、外部環境温度未満の所定値に設定
することが好ましく、外部環境温度よりも２０℃以上低
い温度となるように調節することがより好ましい。より
具体的には、固体撮像装置の作動温度は０℃以下に設定
することが好ましい。

【００１３】また、本発明においては、結露の発生を十
分に防止する観点から、ケース内の水蒸気圧は、上述の
作動温度における飽和水蒸気圧未満の所定値に設定する
ことが好ましく、上述の作動温度での相対湿度（百分率
表示）に換算した場合に１０％以下となるように調節す
ることがより好ましく、５％以下となるように調節する
ことが更に好ましい。

【００１４】なお、上述の場合、制御装置は、起動時に
おいて、冷却素子よりも固体撮像素子及び電気分解セル
を先に起動させ、次いで前記条件が満たされる所定時間
経過後に冷却素子を起動させることが好ましい。このよ
うに、固体撮像素子及び電気分解セルの起動のタイミン
グに対して冷却素子の起動のタイミングを遅らせること
により、結露の発生をより確実に防止することができ
る。この場合、固体撮像素子と電気分解セルとのそれぞ
れの起動のタイミングは同時でもよく、何れか一方を先
に起動させてもよい。

【００１５】また、上述の場合、制御装置は、停止時に
おいて、電気分解セルよりも固体撮像素子及び冷却素子
を先に停止させ、次いで前記条件が満たされる所定時間
経過後に電気分解セルを停止させることが好ましい。

【００１６】このように、固体撮像素子及び冷却素子の
停止のタイミングに対して電気分解セルの停止のタイミ
ングを遅らせることにより、結露の発生をより確実に防
止することができ、再び固体撮像装置を起動させる際に
速やかに起動させることができる。この場合、固体撮像
素子及び冷却素子とのそれぞれの停止のタイミングは同
時でもよく、何れか一方を先に停止させてもよいが、固
体撮像素子よりも冷却素子を先に停止させることが好ま
しい。

【００１７】更に、本発明の固体撮像装置においては、
ケース内の前記水蒸気圧を検知する湿度センサが更に設
けられており、制御装置は、湿度センサにより検知され
る水蒸気圧に基づいて、固体撮像素子、冷却素子及び電
気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に
制御してもよい。湿度センサを用いることにより、結露
の発生を更に確実に防止することができる。

【００１８】なお、固体撮像素子及び電気分解セルの起
動から冷却素子の起動までの時間や、固体撮像素子及び
冷却素子の停止から電気分解セルの停止までの時間の最
適値を予め実験データなどにより把握しておき、湿度セ
ンサのかわりにタイマー等を接続し、固体撮像素子及び
電気分解セルの起動に対する冷却素子の起動や、固体撮
像素子及び冷却素子に対する電気分解セルの停止が自動
的に行われる設定としてもよい。

【００１９】また、本発明の固体撮像装置においては、
固体撮像素子の温度を検知する温度センサが更に設けら
れており、制御装置は、温度センサにより検知される固
体撮像素子の温度に基づいて、固体撮像素子、冷却素子
及び電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ
独立に制御するとともに、起動後の冷却素子の出力を制
御してもよい。

【００２０】これにより作動中の固体撮像素子の温度の
変動を低減することができる。また、固体撮像装置を停
止させる場合に、先に固体撮像素子及び冷却素子を停止
させ、次いで電気分解セルを停止させる際に、固体撮像
素子及び冷却素子を停止してから、温度センサにより固
体撮像素子の温度をモニタしておき、固体撮像素子の温
度が十分に上昇した後に電気分解セルを停止させれば、
結露の発生をより有効に防止できる。

【００２１】更に、本発明の固体撮像装置においては、
電気分解セルは、ガス拡散電極であるアノードと、ガス
拡散電極であるカソードと、アノードとカソードとの間
に配置された高分子電解質膜と、アノードとカソードと
の間に所定の電圧を印加する電圧印加部と、を有してい
ることを特徴としていてもよい。

【００２２】このように、いわゆる高分子電解質型燃料
電池（ＰＥＦＣ）のガス拡散電極に外部電源となる電圧
印加部を接続した構成を有する電気分解セルは、小型軽
量化が容易であるため固体撮像装置をコンパクトに構成
することができる。また、この構成を有する電気分解セ
ルは、エネルギー効率が高く、非常に低い温度（例え
ば、−２０℃）でも、極めて迅速に水蒸気を酸化分解し
所望の湿度（例えば、作動温度における相対湿度が５％
以下）にまで容易に除湿することができる。

【００２３】なお、この場合、ケース中の水蒸気を効率
よく酸化分解する観点から、ケースに設けられる電気分
解セルは、アノードの高分子電解質膜に接していない側
の面がケースの内部に向くように配置され、カソードの
高分子電解質膜に接していない側の面がケース外部に露
出されるように配置されていることが好ましい。

【００２４】また、本発明の固体撮像装置においては、
冷却素子がペルチェ素子であることを特徴としていても
よい。冷却素子としてペルチェ素子を使用することによ
り、固体撮像素子を外部環境温度以下の所定温度に冷却
することを効率よくかつ迅速に行うことが容易にでき
る。また、ペルチェ素子は軽量でコンパクトに構成で
き、設置スペースが小さくてすむため、固体撮像装置も
軽量でコンパクトに構成することができる。

【００２５】また、本発明は、光を光電変換する固体撮
像素子と、固体撮像素子を冷却する冷却素子と、固体撮
像素子と冷却素子とを少なくとも収容するケースとを有
する固体撮像装置の運転方法であって、冷却素子の出力
を調節して固体撮像素子の作動温度を外部環境温度以下
の所定温度に調節し、かつ、電気分解セルを設けてケー
ス内の水蒸気を電気化学的に酸化分解させることによ
り、ケース内の水蒸気圧が作動温度における飽和水蒸気
圧以下の所定値となる条件を満たすように固体撮像素
子、冷却素子及び電気分解セルの起動と停止のタイミン
グをそれぞれ独立に調節することを特徴とする固体撮像
装置の運転方法を提供する。

【００２６】なお、上述の場合、起動時において、冷却
素子よりも固体撮像素子及び電気分解セルを先に起動さ
せ、次いで前記条件が満たされる所定時間経過後に冷却
素子を起動させることが好ましい。

【００２７】また、上述の場合、停止時において、電気
分解セルよりも固体撮像素子及び冷却素子を先に停止さ
せ、次いで条件が満たされる所定時間経過後に電気分解
セルを停止させることが好ましい。

【００２８】また、本発明の運転方法においては、ケー
ス内の水蒸気圧を検知する湿度センサを設け、得られる
水蒸気圧に基づいて、固体撮像素子、冷却素子及び電気
分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に調
節してもよい。

【００２９】更に、本発明の運転方法においては、固体
撮像素子の温度を検知する温度センサを設け、得られる
固体撮像素子の温度に基づいて、固体撮像素子、冷却素
子及び電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞ
れ独立に調節するとともに、起動後の冷却素子の出力を
調節してもよい。

【００３０】また、本発明の運転方法においては、電気
分解セルは、ガス拡散電極であるアノードと、ガス拡散
電極であるカソードと、アノードとカソードとの間に配
置された高分子電解質膜と、アノードとカソードとの間
に所定の電圧を印加する電圧印加部と、を有しているこ
とを特徴としていてもよい。

【００３１】更に、本発明の運転方法においては、冷却
素子がペルチェ素子であることを特徴としていてもよ
い。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中同一
又は相当部分には同一符号を付することとする。

【００３３】図１は、本発明の固体撮像装置の好適な一
実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示した固
体撮像装置の正面図である。図３は、図１に示した固体
撮像装置の背面図である。図４は、図１のII−II線に沿
ってみた固体撮像装置の概略的な基本構成を示す断面図
である。

【００３４】本実施形態の固体撮像装置１は図１〜図４
に示すように、主として、色分解プリズム１０と、色分
解プリズム１０の各光出射面Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３上
にそれぞれ配置された各固体撮像素子２１，２２，２３
と、これらの固体撮像素子の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２
３上にそれぞれ配置されたペルチェ素子３１，３２，３
３と、これらのペルチェ素子の裏面上にそれぞれ配置さ
れた冷却ブロック４１，４２，４３と、これらの冷却ブ
ロックに接続されるヒートパイプ５１，５２，５３，５
４，５５，５６と、各固体撮像素子から送出される電気
信号を処理するが画像処理部７と、上記の撮像のための
各部品を収容するケース２とから構成されている。

【００３５】図１〜図３に示すように、略直方体の形状
を有するケース２は、断面コの字型のケース本体３と、
前記ケース本体に脱着可能に装着される断面コの字型の
ケースカバー４とから構成されている。

【００３６】ケース３本体は、開口部Ｈ２が形成された
前面パネル３ａと、該前面パネル３ａに対向して配置さ
れる背面パネル３ｂと、上述の撮像のための各部品が上
面に載置されており、この上面の対向する縁部に前面パ
ネル３ａと背面パネル３ｂとが立設される底面パネル３
ｃとから構成されている。

【００３７】一方、ケースカバー４は、略直方体のケー
ス２を構成したときに前面パネル３ａと背面パネル３ｂ
との間の側面を形成する２つの側面パネルと、底面パネ
ルに対向配置される上面パネルが一体化されたものであ
る。そして、固体撮像装置１の組み立て時には、このケ
ースカバー４に冷却ブロック４１，４２，４３と、これ
らを支持する各ヒートパイプ５１，５２，５３，５４，
５５，５６とが予め一体的に接続される。これにより、
各固体撮像素子２１，２２及び２３が装着された色分解
プリズム１０をケース２内に取り付ける際の作業が容易
になる。

【００３８】このケースカバー４は、放熱板として機能
するものであり、ケースカバー４を構成する各パネルの
外部側の表面には、前面パネル３ａの法線方向に略平行
に形成された溝が所定の間隔でストライプ状に形成され
ている。このように溝を形成することにより、ケースカ
バー４の放熱効率を向上させることができる。

【００３９】そして、ケース本体３と、ケースカバー４
とは、例えばネジ止めするなどして接続される。また、
これらのケース本体３とケースカバー４を構成する各パ
ネルは、例えば、アルミニウム等の熱伝導性を有する構
成材料として形成されている。

【００４０】ケース３本体の前面パネル３ａの開口部Ｈ
２は後述の色分解プリズム１０に入射させる入射光を採
光するためのものであり、略円形の形状を有している。
また、前面パネル３ａの開口部Ｈ２の外部側には、撮影
光学系（図示せず）を固体撮像装置１に脱着可能に装着
するためのレンズアタッチメント部５が設けられてい
る。この撮影光学系は固体撮像装置１の用途に応じて様
々な種類のレンズなどから構成される。

【００４１】また、レンズアタッチメント部５には、前
面パネル３ａの開口部Ｈ２と同軸の略円形状の開口部が
形成されている。更に、レンズアタッチメント部５の開
口部には撮影光学系を脱着可能に装着するための溝等が
形成されている。そして、前面パネル３ａの開口部Ｈ２
には、固体撮像装置１内に外部からゴミなどが入り込ま
ないように光学ガラスからなるカバーガラス６が配置さ
れている。

【００４２】背面パネル３ｂには、後述する電気分解セ
ル８から排出される水蒸気及び酸素などのガスをケース
２外部に排出するための通気口Ｈ３ｂが設けられてい
る。また、ケース２の背面パネル３ｂの内部には、ケー
ス２内の水蒸気の電気化学的な酸化分解反応を進行させ
る電気分解セル８が配置されている。

【００４３】以下、電気分解セル８について説明する。
図５は、図１に示した固体撮像装置に備えられる電気分
解セルの基本構成の一例を概略的に示す断面図である。

【００４４】図５に示すように、電気分解セル８は、ガ
ス拡散電極であるアノード８１と、ガス拡散電極である
カソード８２と、アノード８１とカソード８２との間に
配置された高分子電解質膜８３と、アノード８１とカソ
ード８２との間に所定の電圧を印加する電圧印加部８４
と、を有しているそして、電気分解セル８は、アノード
８１の高分子電解質膜８３に接していない側の面Ｆ８１
がケース２の内部に向くように配置され、カソード８２
の高分子電解質膜８３に接していない側の面Ｆ８２がケ
ース２外部に露出されるように配置されている。

【００４５】高分子電解質膜８３は、湿潤状態下で良好
なイオン伝導性を示すイオン交換膜であれば特に限定さ
れない。高分子電解質膜を構成する固体高分子材料とし
ては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカー
ボン重合体（以下、スルホン酸型パーフルオロカーボン
重合体という）、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又は
カルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を
用いることができる。中でも、スルホン酸型パーフルオ
ロカーボン重合体が好ましい。

【００４６】アノード８１及びカソード８２は、ガス拡
散電極であればよくその構成は特に限定されない。例え
ば、アノード８１及びカソード８２は、何れもガス拡散
層と、これらのガス拡散層上に形成された触媒層とを有
する構成としてもよい。ガス拡散層の構成材料として
は、例えば、電子伝導性を有する多孔質体（例えば、カ
ーボンクロスやカーボンペーパー）が使用される。ま
た、触媒層は、主として含フッ素イオン交換樹脂とこの
含フッ素イオン交換樹脂により被覆された触媒の凝集体
とが含有された構成を有していてよい。この場合、使用
される触媒（カーボンに金属が担持された触媒）は特に
限定されるものではないが、カーボンに担持される金属
としては白金等の白金族金属又はその合金等が好まし
い。そして、担体となるカーボンは特に限定されない。

【００４７】更に、触媒層に含まれるオン交換樹脂は、
スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体であることが
好ましい。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体
は、触媒層内において長期間化学的に安定でかつ速やか
なプロトン伝導を可能にする。そして、このアノード８
１及びカソード８２に含有されるイオン交換樹脂は、高
分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂と同じ樹脂から
なっていてもよく、異なる樹脂からなっていてもよい。

【００４８】電圧印加部８４には、電源（図示せず）
と、電源からアノード８１とカソード８２との間に供給
される印加電圧を制御する電圧制御回路（図示せず）が
備えられている。また、電圧印加部８４は画像処理部７
の中央制御装置７１（図９参照）に電気的に接続されて
いる。

【００４９】この電気分解セル８の場合、電圧印加部８
４からアノード８１とカソード８２との間に印加される
印加電圧を調節することにより、アノードにおいて下記
式（１）に示す水の酸化反応を進行させ、カソードにお
いて下記式（２）に示す水素イオンと酸素との還元反応
を進行させる。２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋＋４ｅ^- …（１）４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ …（２）なお、印加電圧を調節することにより、カソードにおい
て下記式（３）に示す水素イオンの還元反応を進行させ
てもよいが、消費電力のより少ない条件で電気分解セル
８を作動させる観点から、カソードにおいては式（２）
に示す反応を進行させることが好ましい。２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ …（３）上述の式（１）及び式（２）で表される電極反応を進行
させるために電圧印加部８４によりに印加する印加電圧
の大きさは、例えば、アノード８１とカソード８２との
電極反応の酸化還元電位等の熱力学的データにそれぞれ
の電極反応の過電圧等のほかに、アノード８１とカソー
ド８２の構成材料、高分子電解質膜８３の構成材料とそ
の含水率、使用環境の温度や湿度などを考慮し、理論的
或いは実験的により適宜決定される。

【００５０】この電気分解セル８は、電気分解セル８よ
りも装置１の内部側に配置される連続環状体からなる固
定部材８１と、電気分解セル８よりも装置１の外部側に
配置される連続環状体からなる固定部材８３との間に挟
持されている。そして、固定部材８１及び８３はそれぞ
れの外縁部をネジ８３によりネジ止めされて一体化され
ている。また、固定部材８１は底面パネル３ｃに固定さ
れている。

【００５１】図４に示す色分解プリズム１０は、前面パ
ネル３ａの開口部Ｈ２に面する受光面Ｆ１０を有してお
り、該受光面Ｆ１０から入射する入射光Ｌ１０を例え
ば、３つの色成分の光Ｌ１（例えば緑色光），Ｌ２（例
えば青色光）及びＬ３（例えば赤色光）に分解するため
のものである。この色分解プリズム１０は、例えば、高
熱伝導率のアルミダイカスト材から構成される。

【００５２】色分解プリズム１０は、特定波長の光を反
射するダイクロイック膜（図示せず）を挟んで組み立て
られた３個の複合プリズム（ダイクロイックプリズム）
からなる色成分光路１１，１２及び１３から構成されて
いる。例えば、図４に示す色分解プリズム１０で用いら
れているダイクロイック膜は赤色領域の波長の光成分を
反射する赤反射用と、青色領域の波長の光成分を反射す
る青反射用があり、何れも緑領域の波長の光成分を透過
させる。

【００５３】従って、緑色光Ｌ１は色成分光路１１内を
入射光Ｌ１０に平行な方向に直進し、青色光Ｌ２及び赤
色光Ｌ３は対応するダイクロイック膜の設置面の角度に
応じて入射光Ｌ１０に平行な方向とは異なる方向に進行
する。なお、図４に示す色分解プリズム１０の場合に
は、赤色光Ｌ３は色成分光路１３内を底面パネル３ｃの
側に向けて進行し、青色光Ｌ２は色成分光路１２内をケ
ースカバー４の側に向けて進行する設定となっている。

【００５４】そして、各色成分の光Ｌ１，Ｌ２及びＬ３
は、これらの色成分の光ごとに色成分光路１１，１２及
び１３にそれぞれ設けられた光出射面Ｆ１１，Ｆ１２及
びＦ１３から出射される。

【００５５】図４に示すように、色分解プリズム１０の
光出射面Ｆ１１，Ｆ１２及びＦ１３には、例えば、ＣＣ
Ｄ（CHARGE COUPLED DEVICE）等の固体撮像素子２１，
２２及び２３がそれぞれ隣接して配置されている。固体
撮像素子２１，２２及び２３は、それぞれの受光面に入
射した各色成分の光Ｌ１，Ｌ２及びＬ３の強度を電気信
号に変換し、後述する画像処理部７に出力するためのも
のである。これにより、１次元または２次元の光像を撮
像することができる。各固体撮像素子２１，２２及び２
３はそれぞれの受光面が色分解プリズム１０の光出射面
Ｆ１１，Ｆ１２及びＦ１３に密着する状態で接着されて
いる。

【００５６】また、図４に示すように、各固体撮像素子
２１，２２及び２３には、それぞれの作動温度を検知す
るための温度センサ９１，９２及び９３が接続されてお
り、更にこれらの温度センサは画像処理部７の中央制御
装置７１（図９参照）に電気的に接続されている。更
に、図４に示すように、ケース２内には、ケース２内の
水蒸気圧（或いは相対湿度）を検知するための湿度セン
サ９が接続されており、更にこの湿度センサ９も画像処
理部７の中央制御装置７１に電気的に接続されている。

【００５７】また、図４に示すように、各固体撮像素子
２１，２２及び２３の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３に
は、ペルチェ素子３１，３２及び３３がそれぞれ隣接し
て配置されている。

【００５８】図６は、図１に示したペルチェ素子の基本
構成の一例を概略的に示す系統図である。図６に示すよ
うに、これらのペルチェ素子３１，３２及び３３は、金
属板３４と金属板３７aとの間にＰ型半導体３６が配置
され、金属板３４と金属板３７ｂとの間にＮ型半導体３
５が配置された基本構成を有している。更に、金属板３
７aと３７ｂとは導線３８により電気的に接続されてお
り、金属板３７aと３７ｂとの間の導線３８上には、定
電流源３９が電気的に直列に配置されている。

【００５９】なお、図４に示すペルチェ素子３１，３２
及び３３は、要求される冷却性能に応じて、上述の金属
板と、Ｐ型半導体と、Ｎ型半導体とからなる単位構成
を、Ｐ型半導体およびＮ型半導体を電気的には直列とな
り、熱的には並列となるように複数接続することにより
構成する。

【００６０】そして、各ペルチェ素子３１，３２及び３
３は、この定電流源３９により金属板３４を介して金属
板３７ｂから金属板３７aに向かう直流電流を流すこと
により、金属板３４と金属板３７a及び３７ｂとの間に
金属板３４に対して金属板３７a及び３７ｂが低温とな
るような温度差を生じさせることができる。すなわち、
ペルチェ素子３１，３２及び３３は、各固体撮像素子２
１，２２及び２３から熱ｈ２１を汲み上げ、金属板３７
a，３７ｂの面から後述する各冷却ブロック４１，４２
及び４３に向けて熱ｈ４１を放出するヒートポンプとし
て働く。

【００６１】また、各ペルチェ素子３１，３２及び３３
は、画像処理部７の中央制御部（図９参照）に電気的に
接続されており、それぞれの定電流源３９の出力が制御
される構成となっている。更に、各固体撮像素子２１，
２２及び２３の裏面Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３と各ペルチ
ェ素子３１，３２及び３３の金属板３７a，３７ｂの面
の間にはグリースが塗布され、各固体撮像素子２１，２
２及び２３と各ペルチェ素子３１，３２及び３３とがそ
れぞれ密着されている。

【００６２】図４に示すように、各ペルチェ素子３１，
３２及び３３の裏面には、冷却ブロック４１，４２及び
４３がそれぞれ隣接して配置されている。また、冷却ブ
ロック４１内部には、ケースカバー４の一方の側面パネ
ルからのびる塑性変形可能なヒートパイプ５１が接続さ
れ、かつ、他方の側面パネルからのびる塑性変形可能な
ヒートパイプ５２が接続されている。そして、ヒートパ
イプ５１及び５２は、それぞれが接続される側面パネル
の法線方向に略平行に配置されており、それぞれの冷却
ブロック４１に接続される側の部分が冷却ブロック４１
の内部に熱的接触を保つ状態で挿入されている。

【００６３】更に、上述の冷却ブロック４１とヒートパ
イプ５１及び５２と同様の配置条件で、冷却ブロック４
２内部には塑性変形可能なヒートパイプ５３及び５４が
熱的接触を保つ状態で挿入されており、冷却ブロック４
３内部にはヒートパイプ５５及び５６が熱的接触を保つ
状態で挿入されている。

【００６４】以下、図４、図７及び図８を参照しながら
冷却ブロック４１，４２及び４３、各ヒートパイプ５
１，５２，５３，５４，５５及び５６について説明す
る。

【００６５】図７は図１に示した冷却ブロック及びこれ
に接続された熱伝導部材（ヒートパイプ）の概略的な基
本構成を示す斜視図である。特に、図７は図１に示した
冷却ブロック４１と、この内部に挿入されたヒートパイ
プ５３及び５４を示している。更に、図８は、図１に示
したヒートパイプの基本構成の一例を概略的に示す断面
図である。

【００６６】先ず、各ヒートパイプ５１，５２，５３，
５４，５５及び５６の構成について説明する。なお、各
ヒートパイプの形状及び構成は全て同様であるため、以
下の説明においてはヒートパイプ５１について説明す
る。

【００６７】各ヒートパイプ５１，５２，５３，５４，
５５及び５６は、各冷却ブロック４１，４２及び４３と
放熱板となるケースカバー４とを連結し、ケース２内に
おける各固体撮像素子２１，２２及び２３の位置を固定
するとともに各冷却ブロック４１，４２及び４３の熱を
ケースカバー４に向けて伝達する熱伝達機構を備える塑
性変形可能な柱状の熱伝導部材である。

【００６８】図７に示すように、ヒートパイプ５１は、
例えば銅等を構成材料として形成された断面が略円形環
状の管であるパイプ５７と、このパイプ５７の内部に封
入される作動流体（例えば水）とから構成されている。
この作動流体は液体５９とその蒸気５８が共存する状態
で封入されている。そして、このヒートパイプ５１の熱
伝達機構は、パイプ５７内に封入された作動流体の液体
５９と蒸気５８との相変化に伴い生じるエンタルピーの
差（潜熱）を利用して熱を効率的に一端から他端へ運ぶ
ものである。

【００６９】すなわち、ヒートパイプ５１は、パイプ５
７の端部のうちの一方が冷却するべき部材（ここでは冷
却ブロック４１）に熱的接触が可能な状態で接続され、
もう一方が冷却するべき部材から汲み上げた熱を放出す
るための部材（ここでは、ケースカバー４）に熱的接触
が可能な状態で接続される。ここで、図８に示すよう
に、ヒートパイプ５１の端部のうち冷却するべき部材に
接触される部分を蒸発部Ｒ１とし、蒸発部Ｒ１の反対側
の他端の部分を凝縮部Ｒ３とする。また、ヒートパイプ
５１の蒸発部Ｒ１と凝縮部Ｒ３との間のパイプ５７の領
域は冷却効率を向上させるための断熱部Ｒ２となってい
る。

【００７０】そして、図８に示すように、蒸発部Ｒ１で
は作動流体の気化が優先的に進行し、凝縮部Ｒ３では作
動流体の液化が優先的に進行する。これにより、ヒート
パイプ５１の蒸発部Ｒで気化した水が、蒸気流ＦＶとな
り、この蒸気流ＦＶがヒートパイプ５１内の蒸気圧の差
により断熱部Ｒ２を介して凝縮部Ｒ３へ伝達され、そこ
で液化することにより熱の移動が起こる。このように気
化された蒸気流と液化による凝縮を利用した熱伝達によ
り金属での熱伝達よりはるかに大きな熱量が輸送される
ことになる。

【００７１】次に、各冷却ブロック４１，４２及び４３
の構成について説明する。

【００７２】冷却ブロック４１は、ペルチェ素子３１か
ら放出される熱を吸収し、ヒートパイプ５１及び５２の
蒸発部Ｒ１に放熱するためのものである。また、冷却ブ
ロック４２は、ペルチェ素子３２から放出される熱を吸
収し、ヒートパイプ５３及び５４の蒸発部Ｒ１に放熱す
るためのものである。更に、冷却ブロック４３は、ペル
チェ素子３３から放出される熱を吸収し、ヒートパイプ
５５及び５６の蒸発部Ｒ１に放熱するためのものであ
る。以下、冷却ブロック４１を代表にして説明する。

【００７３】図４及び図７に示すように、冷却ブロック
４１は、略直方体状のブロックであり、そのうちの１つ
の平滑な面がペルチェ素子３１の裏面に密着される。ま
た、図７に示すように、冷却ブロック４１には、ヒート
パイプ５１及び５２を挿入するための２つの挿入孔４４
及び４５が形成されている。

【００７４】これらの挿入孔４４及び４５はそれぞれ、
冷却ブロック４１のペルチェ素子３１の裏面に密着され
る面に垂直な１つの面からこの面に対向する面かけて貫
通する略円柱状の空洞である。また、２つの挿入孔４４
及び４５は互いに略並行となるように形成されている。
更に、挿入孔４４及び４５が形成される冷却ブロック４
１の互いに対向する１対の面は、ケースカバー４の互い
に対向する側面パネルの内面にそれぞれ面している。

【００７５】そして、図７に示すように、ヒートパイプ
５１は、ケースカバー４の互いに対向する面の一方にそ
の凝縮部Ｒ３の側を熱的な接触が可能となるように接続
されており、その蒸発部Ｒ１の側を冷却ブロック４１に
挿入されている。

【００７６】ヒートパイプ５１の凝縮部Ｒ３とケースカ
バー４の側面パネルとは、固定部材６１により接続され
ている。この固定部材６１は、ケースカバー４の側面パ
ネルに形成された溝（図示せず）内に配置され、ヒート
パイプ５１の凝縮部Ｒ３の部分が挿入される嵌挿部を有
している。そして、この嵌挿部はネジ７１によりヒート
パイプ５１の凝縮部Ｒ３の部分を側面から締め付ける構
造を有している。更に、このネジ７１はケースカバー４
に形成された溝にはめ込まれる構造となっている。

【００７７】一方、ヒートパイプ５２もその凝縮部Ｒ３
の側をケースカバー４の互いに対向する側面パネルの内
面のうちヒートパイプ５１の接続されていない他方の面
にネジ７２を有する固定部材６２により熱的な接触が可
能となるように接続され、蒸発部Ｒ１の側を冷却ブロッ
ク４１に挿入されている。

【００７８】ここで、挿入孔４４及び４５の断面の大き
さと形状は、挿入されるヒートパイプ５１及び５２と熱
的な接触が可能となるように設定されており、好ましく
は、これらの挿入孔とヒートパイプの断面の大きさと形
状の関係がいわゆる穴と軸との「はめあい方式」におけ
る「しまりばめ」の状態となるように設定されている。

【００７９】また、図６及び図７に示すように、冷却ブ
ロック４１の挿入孔４４のうちケースカバー４に近い領
域には、切りかき部が設けられている。この切りかき部
は冷却ブロック４１のケースカバー４に近い領域の一部
が削り取られて挿入孔４４の円柱状の空洞部の側面の一
部が外部に開放されたものである。

【００８０】これにより、ヒートパイプ５１が塑性変形
する際に、挿入孔４４に挿入される蒸発部Ｒ１の側の部
分のうちケースカバー４に近い領域の部分が冷却ブロッ
ク４１の外部に突出することが可能となる。そのため、
ヒートパイプ５１及び５２の塑性変形の自由度がより大
きくなる。その結果、固体撮像素子２１及びペルチェ素
子３１を接続した色分解プリズム１０をケース２内に取
り付ける際に固体撮像素子２１の取り付け位置精度を低
下させることなくスムーズに取り付けることができる。

【００８１】更に、色分解プリズム１０の取り付けの際
に塑性変形したヒートパイプ５１及び５２は装置１の作
動中においてその形状を保つのみで固体撮像素子２１に
圧力をかけることはないので、固体撮像素子を安定に作
動させることができる。

【００８２】ここで、冷却ブロック４１の切りかき部を
形成するために削り取られて挿入孔４４及び４５の一部
が外部に開放される部分は、ペルチェ素子３１の裏面に
密着される冷却ブロック４１の面と対向する側の部分で
あることが好ましい。

【００８３】また、ヒートパイプ５１及び５２を上述の
配置条件を満たすように配置することにより、固体撮像
装置１をいかなる姿勢で作動させても固体撮像素子２１
を常に効率よく冷却することができる。また、ヒートパ
イプ５１及び５２を上述の配置条件を満たすように配置
すれば、ヒートパイプ５１及び５２の設置スペースを十
分に小さくすることができる。

【００８４】ここで、図４に示すように、冷却ブロック
４２及び４３は、それぞれの形状が、冷却ブロック４２
が断面５角形の角柱状のブロックであり、冷却ブロック
４２が断面台形の角柱状のブロックであること以外は、
上述の冷却ブロック４１と同様の構成を有しており、冷
却ブロック４２及び４３にも、図６及び図７に示した挿
入孔４４及び４５と同様の形状の挿入孔が同様の配置条
件で形成されている。

【００８５】図４に示す画像処理部７は、温度センサ９
１，９２及び９３から送出される検出信号と、湿度セン
サ９から送出される検出信号とに基づいて各固体撮像素
子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３１，３２及び
３３、電気分解セル８の出力を制御する中央制御装置７
１（図９参照）を備えている。

【００８６】また、図４に示す画像処理部７には、各固
体撮像素子２１，２２及び２３から出力された電流信号
を積分して電圧値に変換する積分回路（図示せず）が設
けられている。これにより、この固体撮像装置１では、
入射光強度に応じた値の電流信号が各固体撮像素子２
１，２２及び２３のそれぞれから出力され、この電流信
号の積分値に応じた電圧値が積分回路から出力され、こ
の電圧値に基づいて、入射光強度分布が得られ撮像され
る。

【００８７】更に、画像処理部７には、固体撮像装置１
の主電源（図示せず）をＯＦＦにしても、結露の発生を
防止するための後述する停止の動作を行うための二次電
池等のバックアップ電源が備えられている。この２次電
池は固体撮像装置１の作動中に充電され、固体撮像装置
１の停止時に放電する充放電切換え手段（図示せず）が
接続されており、この充放電切換え手段は中央制御装置
７１により制御される構成となっている。

【００８８】更に、画像処理部７には、積分回路から出
力された電圧値（アナログ値）をデジタル値に変換する
Ａ／Ｄ変換回路を設けてもよい。この場合には、入射光
強度はデジタル値として得られ、さらにコンピュータ等
により画像処理することが可能となる。

【００８９】中央制御装置７１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及
び、ＲＡＭ（何れも図示せず）を有する。ＣＰＵは、マ
イクロプロセッサ等からなり、各種演算処理を行う。ま
た、ＲＯＭには、制御・演算処理のためのプログラムが
予め記憶されており、ＲＡＭは、制御・演算処理の際に
各種データを読み書きするために用いられる。

【００９０】また、中央制御装置７１は、例えば、ＣＰ
Ｕと接続された入出力ポート（図示せず）を有する。こ
の入出力ポートには、上記各固体撮像素子２１，２２及
び２３が接続されている。

【００９１】また、入出力ポートには電気分解セル８が
電気分解セル８の印加電圧を制御する制御回路を介して
接続されている。更に、入出力ポートには各ペルチェ素
子３１，３２及び３３がこれらのペルチェ素子に流す電
流を制御する制御回路を介して接続されている。従っ
て、各固体撮像素子２１，２２及び２３、電気分解セル
８、各ペルチェ素子３１，３２及び３３には、入出力ポ
ートを介して、ＣＰＵの演算処理によって生成された各
種信号等が与えられる。

【００９２】更に、中央制御装置７１の入出力ポートに
は、各固体撮像素子２１，２２及び２３に設けられた温
度センサ９１，９２及び９３と、ケース２内に設けられ
た湿度センサ９とが例えばＡ／Ｄ変換回路を介して接続
されている。そして、これらの温度センサ及び湿度セン
サによって発せられる検出信号がＣＰＵに与えられる。

【００９３】また、中央制御装置７１は記憶装置（図示
せず）を有し、この記憶装置は、入出力ポートを介して
ＣＰＵと接続されている。そして、ＣＰＵは、この記憶
装置にアクセスし、記憶装置に格納された以下に示すよ
うなデータを必要に応じて用いることにより固体撮像装
置１の作動を制御する。

【００９４】この記憶装置には、ケース２内の水蒸気圧
に対して、各固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペル
チェ素子３１，３２及び３３、並びに、電気分解セル８
の起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に制御するた
めのデータが記憶されている。また、記憶装置には、各
固体撮像素子２１，２２及び２３、各ペルチェ素子３
１，３２及び３３、並びに、電気分解セル８が全て起動
した後に、これらを全て定常的に作動させるためのデー
タが記憶されている。

【００９５】すなわち、記憶装置には、ケース２内の水
蒸気圧Ｘ１が各固体撮像素子２１，２２及び２３の作動
温度における飽和水蒸気圧以下（好ましくは飽和水蒸気
圧未満）の所定値Ｘ０となる条件を満たすように、起動
時において、各ペルチェ素子３１，３２及び３３より
も、各固体撮像素子２１，２２及び２３並びに電気分解
セル８を先に起動させ、次いで上述の条件が満たされる
所定時間経過後に各ペルチェ素子３１，３２及び３３を
起動させるためのデータが記憶されている。

【００９６】また、記憶装置には、停止時において、電
気分解セル８よりも各固体撮像素子２１，２２及び２３
及び各ペルチェ素子３１，３２及び３３を先に停止さ
せ、次いで上述の条件が満たされる所定時間経過後に電
気分解セル８を停止させるためのデータが記憶されてい
る。

【００９７】更に、記憶装置には、各ペルチェ素子３
１，３２及び３３の出力を制御して各固体撮像素子２
１，２２及び２３の作動温度を外部環境温度以下（好ま
しくは外部環境温度未満）の所定温度に調節するための
データが記憶されている。

【００９８】また、中央制御装置７１はタイマー（図示
せず）を有し、このタイマーは、入出力ポートを介して
ＣＰＵと接続されている。

【００９９】そして、ＣＰＵは、各温度センサ９１，９
２及び９３の温度検出信号並びに湿度センサ９の湿度検
出信号に基づいて、各固体撮像素子２１，２２及び２
３、電気分解セル８、並びに、各ペルチェ素子３１，３
２及び３３に送出する制御信号を生成する。

【０１００】このように構成された中央制御装置７１等
により、電気分解セル８、各ペルチェ素子３１，３２及
び３３、並びに、各固体撮像素子２１，２２及び２３
は、ケース２内において結露の発生が起きないように確
実かつ精度よく制御される。

【０１０１】次に、固体撮像装置１の動作について、図
１０及び図１１に示すフローチャートを参照しながら説
明する。

【０１０２】先ず、固体撮像装置１の主電源（図示せ
ず）をＯＮにして画像処理部７を作動させ、固体撮像装
置１を起動させる場合について説明する。この場合、中
央制御装置７１のＣＰＵは各固体撮像素子２１，２２及
び２３に駆動信号を出力するとともに、電気分解セル８
に駆動信号を出力する（Ｓ１）。なお、この場合、各固
体撮像素子２１，２２及び２３並びに電気分解セル８へ
の駆動信号の出力のタイミングは同時でも異なっていて
もよい。

【０１０３】次に、ＣＰＵは、湿度センサ９から送信さ
れるケース２内における水蒸気圧Ｘ１の検出信号を入力
する（Ｓ２）。そして、この水蒸気圧Ｘ１のデータと、
予め設定しておいた各固体撮像素子２１，２２及び２３
の作動温度における飽和水蒸気圧以下の所定値Ｘ０とを
それぞれ比較する（Ｓ３）。なお、所定値Ｘ０は、各固
体撮像素子２１，２２及び２３の作動温度における飽和
水蒸気圧以下であればよく特に限定されないが、例え
ば、作動温度が０℃のときには、所定値Ｘ０は、６１Ｐ
ａ以下（相対湿度で表現した場合には１０％以下）であ
ることが好ましい。

【０１０４】ここで、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１が上述
の所定値Ｘ０よりも大きい場合には、ケース２内の水蒸
気圧Ｘ１がまだ十分に低減せず、各ペルチェ素子３１，
３２及び３３を作動させると結露が発生する恐れがある
と判断されて、各ペルチェ素子３１，３２及び３３を起
動させず、電気分解セル８並びに各ペルチェ素子３１，
３２及び３３が作動する状態がそのまま維持され、再び
ステップＳ２とステップＳ３が繰り返される。

【０１０５】一方、ケース２内の水蒸気圧Ｘ１が上述の
所定値Ｘ０以下となる場合には、各ペルチェ素子３１，
３２及び３３を作動させても結露が発生する恐れがない
と判断されて、ＣＰＵは、各ペルチェ素子３１，３２及
び３３に駆動信号を送出する（Ｓ４）。その結果、各ペ
ルチェ素子３１，３２及び３３により、各固体撮像素子
２１，２２及び２３が冷却され、次第に所望の作動温度
に調節される。

【０１０６】各固体撮像素子２１，２２及び２３が所望
の作動温度に達した場合には、定常的な作動状態に達し
たと判断されて、ＣＰＵは、負荷要求に対応して固体撮
像装置全体を定常的に作動させるためのデータに基づ
き、新たな駆動信号を各固体撮像素子２１，２２及び２
３、各ペルチェ素子３１，３２及び３３、並びに、電気
分解セル８に送信し、固体撮像装置１全体のバランスの
とれた制御を開始する（Ｓ５）。

【０１０７】次に、固体撮像装置１の主電源（図示せ
ず）をＯＦＦにして、固体撮像装置１を停止させる場合
について説明する。この場合、中央制御装置７１は先に
述べた二次電池等のバックアップ電源により作動する。
そして、中央制御装置７１のＣＰＵは各固体撮像素子２
１，２２及び２３、並びに、各ペルチェ素子３１，３２
及び３３に停止信号を出力してこれらの作動を停止する
（Ｓ６）。

【０１０８】また、このときＣＰＵはタイマーに駆動信
号を送出し、タイマーを起動させ、中央制御装置７１の
ＣＰＵは各固体撮像素子２１，２２及び２３、並びに、
各ペルチェ素子３１，３２及び３３のいずれもが停止し
た直後からの経過時間をカウントする。なお、この場
合、各固体撮像素子２１，２２及び２３並びに各固体撮
像素子２１，２２及び２３のそれぞれの停止のタイミン
グは同時でもよく、何れかを先に停止させてもよい。

【０１０９】次に、タイマーにより所定の時間が経過
し、各固体撮像素子２１，２２及び２３の温度が十分に
上昇して結露が発生しなくなることが確認されると、中
央制御装置７１のＣＰＵは電気分解セル８に停止信号を
送出する（Ｓ７）。

【０１１０】ここで、各固体撮像素子２１，２２及び２
３は外部環境温度以下の所定温度で作動しているため、
ステップＳ６の実行後には、各固体撮像素子２１，２２
及び２３の温度は外部環境温度と同じ値となるまで通常
上昇する。そのため、結露の発生しにくい状態となる
が、ステップＳ７において電気分解セルの停止のタイミ
ングを遅らせることにより、確実に結露の発生を防止す
ることができる。

【０１１１】なお、ステップＳ６の実行からステップ７
の実行までの間の時間は、実験などにより予め決定した
時間である。この時間のデータは中央制御装置７１の記
憶装置に格納されており、ＣＰＵはステップ６及びステ
ップ７を実行するときに記憶装置にアクセスしてこれを
読み出して用いる。

【０１１２】また、各固体撮像素子２１，２２及び２３
の温度を各温度センサ９１，９２及び９３によりモニタ
し、ステップＳ６の実行から各固体撮像素子２１，２２
及び２３の温度が所定の温度まで上昇したか否かを確認
するステップを、ステップＳ６の実行からステップ７の
実行までの間に更に設け、各固体撮像素子２１，２２及
び２３の温度が所定の温度まで上昇した場合にステップ
７を実行する設定としてもよい。この場合、タイマーに
よる時間のカウントは行ってもよく、タイマーによる時
間のカウントを行わず、温度の変化のみでＣＰＵがステ
ップ７を実行するか否かの判断を行うように設定しても
よい。

【０１１３】更に、Ｓ６の実行後のケース内の水蒸気圧
を湿度センサ９によりモニタし、ケース２内の水蒸気圧
が外部環境温度の飽和蒸気圧以下（好ましくは外部環境
温度の飽和蒸気圧未満）であるか否かを確認するステッ
プをステップＳ６の実行からステップ７の実行までの間
に更に設け、ケース２内の水蒸気圧が外部環境温度の飽
和蒸気圧以下（好ましくは外部環境温度の飽和蒸気圧未
満）となる場合にのみステップ７を実行する設定として
もよい。この場合にも、タイマーによる時間のカウント
は行ってもよく、タイマーによる時間のカウントを行わ
ず、温度の変化のみでＣＰＵがステップ７を実行するか
否かの判断を行うように設定してもよい。

【０１１４】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではない。

【０１１５】例えば、上述の固体撮像装置１を起動させ
る場合に、ステップＳ１の実行後、ケース２内の水蒸気
圧Ｘ１が上述の所定値Ｘ０以下となるまでの時間を予め
把握しておき、ステップＳ１においてＣＰＵにタイマー
を起動させて、各固体撮像素子２１，２２及び２３並び
に電気分解セル８のいずれもが起動してからの時間をカ
ウントさせ、所定の時間が経過した後にステップＳ４を
実行させる設定としてもよい。

【０１１６】また、上記の実施形態においては、冷却素
子としてペルチェ素子を使用する場合について説明した
が、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の運転方法
に使用する冷却素子はこれに特に限定されるものではな
い。例えば、スターリング・サイクル・エンジンを使用
してもよい。

【０１１７】また、冷却素子として、例えば、水や液体
窒素などの冷却媒を入れた熱伝導性の容器と、容器内に
おいて温度の上昇した冷却媒を容器の外部に取り出すと
ともに温度の低い冷却媒を容器内に供給する冷却媒の循
環手段とを備えて、この容器を固体撮像素子に直接に接
触させるか或いは所定の熱伝導性の部材を介して間接に
接触させるなどして冷却する方式を採用してもよい。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置及び固体撮像装置の運転方法によれば、固体撮像素
子を室温よりも低い温度で作動させても結露の発生を確
実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の好適な一実施形態を示
す斜視図である。

【図２】図１に示した固体撮像装置の正面図である。

【図３】図１に示した固体撮像装置の背面図である。

【図４】図１のII−II線に沿ってみた固体撮像装置の概
略的な基本構成を示す断面図である。

【図５】図１に示した固体撮像装置に備えられる電気分
解セルの基本構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図６】図１に示したペルチェ素子の基本構成の一例を
概略的に示す系統図である。

【図７】図１に示した冷却ブロック及びこれに接続され
た熱伝導部材（ヒートパイプ）の概略的な基本構成を示
す斜視図である。

【図８】図１に示したヒートパイプの基本構成の一例を
概略的に示す断面図である。

【図９】図１に示した固体撮像装置の制御ブロック図で
ある。

【図１０】図１に示した固体撮像装置の制御手順を説明
するためのフローチャートである。

【図１１】図１に示した固体撮像装置の制御手順を説明
するための他のフローチャートである。

【符号の説明】

１・・・固体撮像装置、２・・・ケース、３・・・ケース本体、
３ａ・・・前面パネル、３ｂ・・・背面パネル、３ｃ・・・底面
パネル、４・・・ケースカバー、５・・・レンズアタッチメン
ト部、６・・・カバーガラス、７・・・画像処理部、８・・・電
気分解セル、１０・・・色分解プリズム、１１，１２，１
３・・・色成分光路、２１，２２，２３・・・固体撮像素子、
３１，３２，３３・・・ペルチェ素子、３４・・・金属板、３
５・・・ｎ型半導体、３６・・・ｐ型半導体、３７ａ，３７ｂ
・・・金属板、３８・・・閉回路、３９・・・定電流電源、４
１，４２，４３・・・冷却ブロック、４４，４５・・・挿入
孔、５１，５２，５３，５４，５５，５６・・・ヒートパ
イプ、５７・・・パイプ、５８・・・蒸気、５９・・・液体、６
１，６２・・・固定部材、６３，６４・・・ねじ、７１・・・中
央制御装置、８１・・・アノード、８２・・・カソード、８３
・・・高分子電解質膜、８４・・・電源部、８５，８６・・・外
枠部材、８７・・・ねじ、Ｆ１０・・・色分解プリズムの受光
面、Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３・・・色分解プリズムの光出
射面、Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３・・・固体撮像素子の裏
面、ＦＬ・・・液流、ＦＶ・・・蒸気流、Ｌ１０…入射光、Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３・・・色成分光路、Ｈ２・・・開口部、Ｈ３ｂ
・・・通気口、ｈ３，ｈ２１，ｈ４１・・・熱、Ｒ１・・・蒸発
部、Ｒ２・・・断熱部、Ｒ３・・・凝縮部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 23/02 Ｈ０１Ｌ 27/14 ＤＦターム(参考） 2H002 EB03 HA17 JA07 2H104 CC00 4M118 AA10 AB01 BA10 GC08 GD13 HA20 HA24 HA36 5C022 AB38 AB40 AC42 AC64 AC65

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を光電変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に隣接して配置されており、前記固体
撮像素子を冷却する冷却素子と、前記固体撮像素子と冷却素子とを少なくとも収容するケ
ースと、前記ケース内の水蒸気の電気化学的な酸化分解反応を進
行させる電気分解セルと、前記冷却素子の出力を制御して前記固体撮像素子の作動
温度を外部環境温度以下の所定温度に調節し、かつ、前
記ケース内の水蒸気圧が前記作動温度における飽和水蒸
気圧以下の所定値となる条件を満たすように、前記固体
撮像素子、前記冷却素子及び前記電気分解セルの起動と
停止のタイミングをそれぞれ独立に制御する制御装置
と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記制御装置は、起動時において、前記
冷却素子よりも前記固体撮像素子及び前記電気分解セル
を先に起動させ、次いで前記条件が満たされる所定時間
経過後に前記冷却素子を起動させることを特徴とする請
求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記制御装置は、停止時において、前記
電気分解セルよりも前記固体撮像素子及び前記冷却素子
を先に停止させ、次いで前記条件が満たされる所定時間
経過後に前記電気分解セルを停止させることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記ケース内の前記水蒸気圧を検知する
湿度センサが更に設けられており、前記制御装置は、前記湿度センサにより検知される前記
水蒸気圧に基づいて、前記固体撮像素子、前記冷却素子
及び前記電気分解セルの起動と停止のタイミングをそれ
ぞれ独立に制御することを特徴とする請求項１〜３の何
れかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記固体撮像素子の温度を検知する温度
センサが更に設けられており、前記制御装置は、前記温度センサにより検知される前記
固体撮像素子の温度に基づいて、前記固体撮像素子、前
記冷却素子及び前記電気分解セルの起動と停止のタイミ
ングをそれぞれ独立に制御するとともに、起動後の前記
冷却素子の出力を制御することを特徴とする請求項１〜
４の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】前記電気分解セルは、ガス拡散電極であ
るアノードと、ガス拡散電極であるカソードと、前記ア
ノードと前記カソードとの間に配置された高分子電解質
膜と、前記アノードと前記カソードとの間に所定の電圧
を印加する電圧印加部と、を有していることを特徴とす
る請求項１〜５の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記冷却素子がペルチェ素子であること
を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の固体撮像装
置。
【請求項８】光を光電変換する固体撮像素子と、前記
固体撮像素子を冷却する冷却素子と、前記固体撮像素子
と冷却素子とを少なくとも収容するケースとを有する固
体撮像装置の運転方法であって、前記冷却素子の出力を調節して前記固体撮像素子の作動
温度を外部環境温度以下の所定温度に調節し、かつ、電気分解セルを設けて前記ケース内の水蒸気を電気化学
的に酸化分解させることにより、前記ケース内の水蒸気
圧が前記作動温度における飽和水蒸気圧以下の所定値と
なる条件を満たすように前記固体撮像素子、前記冷却素
子及び前記電気分解セルの起動と停止のタイミングをそ
れぞれ独立に調節することを特徴とする固体撮像装置の
運転方法。
【請求項９】起動時において、前記冷却素子よりも前
記固体撮像素子及び前記電気分解セルを先に起動させ、
次いで前記条件が満たされる所定時間経過後に前記冷却
素子を起動させることを特徴とする請求項８に記載の固
体撮像装置の運転方法。
【請求項１０】停止時において、前記電気分解セルよ
りも前記固体撮像素子及び前記冷却素子を先に停止さ
せ、次いで前記条件が満たされる所定時間経過後に前記
電気分解セルを停止させることを特徴とする請求項８又
は９に記載の固体撮像装置の運転方法。
【請求項１１】前記ケース内の前記水蒸気圧を検知す
る湿度センサを設け、得られる前記水蒸気圧に基づい
て、前記固体撮像素子、前記冷却素子及び前記電気分解
セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に調節す
ることを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の固
体撮像装置の運転方法。
【請求項１２】前記固体撮像素子の温度を検知する温
度センサを設け、得られる前記固体撮像素子の温度に基
づいて、前記固体撮像素子、前記冷却素子及び前記電気
分解セルの起動と停止のタイミングをそれぞれ独立に調
節するとともに、起動後の前記冷却素子の出力を調節す
ることを特徴とする請求項８〜１１の何れかに記載の固
体撮像装置の運転方法。
【請求項１３】前記電気分解セルは、ガス拡散電極で
あるアノードと、ガス拡散電極であるカソードと、前記
アノードと前記カソードとの間に配置された高分子電解
質膜と、前記アノードと前記カソードとの間に所定の電
圧を印加する電圧印加部と、を有していることを特徴と
する請求項８〜１２の何れかに記載の固体撮像装置の運
転方法。
【請求項１４】前記冷却素子がペルチェ素子であるこ
とを特徴とする請求項８〜１３の何れかに記載の固体撮
像装置の運転方法。