JPS58148572A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPS58148572A JPS58148572A JP57031588A JP3158882A JPS58148572A JP S58148572 A JPS58148572 A JP S58148572A JP 57031588 A JP57031588 A JP 57031588A JP 3158882 A JP3158882 A JP 3158882A JP S58148572 A JPS58148572 A JP S58148572A
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- JP
- Japan
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- solid
- cavity
- ccd
- heat
- Prior art date
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- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/50—Constructional details
- H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、COD、シリコンダイオードアレイ、MO&
)ランジスタアレイ、CHD等を用いた固体撮像装置に
関する。
)ランジスタアレイ、CHD等を用いた固体撮像装置に
関する。
上述のような固体撮像素子は、一般にシリコン半導体基
板上に形成されている。しかしシリコンを半導体材料と
する半導体素子は、良く知られているように暗電流が常
温でも10nA程度と比較的多い上に、10Cの温度上
昇によって暗電流は約2倍に増加する。このためシリコ
ンを用いた固体撮像素子では、暗11L流に起因するノ
イズ成分が温度に依存して増減する不都合が生ずる。換
言すれば、撮像索子に入射する光が一定′であれば、一
定レベルの撮像出力信号のS/Nか温度に依存し、従っ
て、感度が温度依存性を持つことになる。
板上に形成されている。しかしシリコンを半導体材料と
する半導体素子は、良く知られているように暗電流が常
温でも10nA程度と比較的多い上に、10Cの温度上
昇によって暗電流は約2倍に増加する。このためシリコ
ンを用いた固体撮像素子では、暗11L流に起因するノ
イズ成分が温度に依存して増減する不都合が生ずる。換
言すれば、撮像索子に入射する光が一定′であれば、一
定レベルの撮像出力信号のS/Nか温度に依存し、従っ
て、感度が温度依存性を持つことになる。
またOODのような固体撮像装置では、暗電流が時間経
過に伴って蓄積され、解像度が劣化することが知られて
いる。例えば、X線写真装置の螢光面のような微弱な光
学情報をCODを通して電気的に読出す場合、螢光面か
らの入力光量は極度に低照度であるから、十分な画像情
報を取出すためにOODへの露光を長時間行う必要があ
る。ところが素子の暗電流はCODのポテンシャル井戸
に時間の経過に伴って蓄積され、結局、読出された画像
信号のS/Nが劣化する。
過に伴って蓄積され、解像度が劣化することが知られて
いる。例えば、X線写真装置の螢光面のような微弱な光
学情報をCODを通して電気的に読出す場合、螢光面か
らの入力光量は極度に低照度であるから、十分な画像情
報を取出すためにOODへの露光を長時間行う必要があ
る。ところが素子の暗電流はCODのポテンシャル井戸
に時間の経過に伴って蓄積され、結局、読出された画像
信号のS/Nが劣化する。
従って、CODのような固体撮像素子の光−電荷変換効
率は、通常の温度範囲では温度にあまり依存しないこと
を考えると、CODが形成された半導体基板の温度を低
下させることにより、撮像感度を大巾に向上させること
が可能である。!#劇昭56−37751号公報には、
この目的に関する1つの技術的手段が開示されている。
率は、通常の温度範囲では温度にあまり依存しないこと
を考えると、CODが形成された半導体基板の温度を低
下させることにより、撮像感度を大巾に向上させること
が可能である。!#劇昭56−37751号公報には、
この目的に関する1つの技術的手段が開示されている。
ところがCODの温度を低下させるには、大きな電力消
費を必要とする上、露滴の問題が生ずる。
費を必要とする上、露滴の問題が生ずる。
本発明は、この問題にかんがみ、冷却効率を向上させて
消費電力の低減を図ると共に、露滴の問題を回避し得る
ようにすることを目的とする。
消費電力の低減を図ると共に、露滴の問題を回避し得る
ようにすることを目的とする。
以下本発明の実施例を図面に基いてin2明する。
菖1図は本発明を適用した固体撮像装置の光軸に沿った
縦断面図である。この撮像装置は、例えば、X線写真装
置の螢光面のような微弱な光学情報をCODカメラを通
して電気的に読出し、磁気シートレコーダ等に記録する
ようなシステムに用いるために考えられたものであるが
、勿論、一般的用途にも供し得るものである。この場合
、入力光量は極度に低照度であるから、CODの暗電流
を最小に押えて感度を最大にする必要がある。
縦断面図である。この撮像装置は、例えば、X線写真装
置の螢光面のような微弱な光学情報をCODカメラを通
して電気的に読出し、磁気シートレコーダ等に記録する
ようなシステムに用いるために考えられたものであるが
、勿論、一般的用途にも供し得るものである。この場合
、入力光量は極度に低照度であるから、CODの暗電流
を最小に押えて感度を最大にする必要がある。
第1図において、半導体基板(1)上にはOOD等の固
体撮像素子が形成されている。半導体基板(1)は熱導
体(例えば金属)の半導体取付基板(2)に固着され、
この半導体取付基板(2)は、断熱材で形成された円筒
または角筒形状の保持部材(3)の内壁面に断熱された
状態で保持される。半導体基板(11の撮像面の上部に
は、ガラス等の透明板(47が枠体(5)を介して前記
保持部材(3)の前面の開口部を密閉して蓋うように固
定されている。
体撮像素子が形成されている。半導体基板(1)は熱導
体(例えば金属)の半導体取付基板(2)に固着され、
この半導体取付基板(2)は、断熱材で形成された円筒
または角筒形状の保持部材(3)の内壁面に断熱された
状態で保持される。半導体基板(11の撮像面の上部に
は、ガラス等の透明板(47が枠体(5)を介して前記
保持部材(3)の前面の開口部を密閉して蓋うように固
定されている。
保持部材(3)の背面側には、その背面側開口を憂う如
くにダイアフラム保持部材(6)が取付けられ、その中
央部の開口を密閉するようにダイアフラム(7)が取付
けられている。ダイアフラム(7)はその中央部の開口
において熱伝導軸(8)を挿通・保持している。ダイア
フラム(7)と軸(8)とは気密リング(9)によって
密着固定される。なお熱伝導軸(8)は、棒状の金属音
たは熱伝導物質を封入したヒートパイプであってよい。
くにダイアフラム保持部材(6)が取付けられ、その中
央部の開口を密閉するようにダイアフラム(7)が取付
けられている。ダイアフラム(7)はその中央部の開口
において熱伝導軸(8)を挿通・保持している。ダイア
フラム(7)と軸(8)とは気密リング(9)によって
密着固定される。なお熱伝導軸(8)は、棒状の金属音
たは熱伝導物質を封入したヒートパイプであってよい。
熱伝導軸(8)は、軸受部材01こよって摺動自在に保
持され、その半導体取付基板(2)の側のm−には熱伝
導の良い受熱板aυが固定され、また他端には放熱フィ
ンa2が固定されている。
持され、その半導体取付基板(2)の側のm−には熱伝
導の良い受熱板aυが固定され、また他端には放熱フィ
ンa2が固定されている。
なお半導体基板(1)上の撮像素子の出力は信号巌αQ
を介して、端子u7tに導出される。この場合、撮像素
子の出力は直接に散出されてもよいが、半導体基板(1
1上に増巾回路を形成し、この増巾回路で出力信号を増
巾してから端子a7)に導出してもよい。
を介して、端子u7tに導出される。この場合、撮像素
子の出力は直接に散出されてもよいが、半導体基板(1
1上に増巾回路を形成し、この増巾回路で出力信号を増
巾してから端子a7)に導出してもよい。
上述の第1図の構成によれば、筒状の保持部材(3)の
内壁、前面側開口を蓋う透明板(4)、背面側開口を蒼
うダイアプラム(7)及びダイアフラム保持部材(6)
でもって、密閉された空洞OJが形成される。
内壁、前面側開口を蓋う透明板(4)、背面側開口を蒼
うダイアプラム(7)及びダイアフラム保持部材(6)
でもって、密閉された空洞OJが形成される。
この空洞03の内部は、空気抜き栓α委がはめ適才れた
穴から空気を排出することによって減圧されている。こ
のため半導体取付基板+21には、その前面側と背面四
とを連通させる複数の孔a樽が形成されている。9洞(
13内は完全に真窒である必要はなく1例えば0.1気
圧程度の減圧であってよい。
穴から空気を排出することによって減圧されている。こ
のため半導体取付基板+21には、その前面側と背面四
とを連通させる複数の孔a樽が形成されている。9洞(
13内は完全に真窒である必要はなく1例えば0.1気
圧程度の減圧であってよい。
減圧された空洞OJ内の受熱板aDと、外部の放熱フィ
ンa3とを結合している熱伝導@ f81は、ダイアフ
ラム(7)を介して取付けられているので、密閉・減圧
状態を保った1才、半導体取付基板Uυの背面と受熱板
Uυの表面とを接離自在jと外部から操作できるように
なっている。
ンa3とを結合している熱伝導@ f81は、ダイアフ
ラム(7)を介して取付けられているので、密閉・減圧
状態を保った1才、半導体取付基板Uυの背面と受熱板
Uυの表面とを接離自在jと外部から操作できるように
なっている。
次に81図の固体撮像装置の動作を貌明する。
談ず熱伝導軸(8)を操作して牛導体取;付基板(2)
に受熱板aυを接触させて、CODが設けられた半導体
基板(11から熱を十分に放出させる。次に半導体基板
(2)から受熱板a1)を離す。この状態では、半導体
基板(1)及び半導体取付基板(2)は周囲から熱的に
ほぼ完全に速断される。すなわち、構造部材を伝わる熱
伝導は、熱絶縁体である保持部材(3)を通しての無視
できる程度の極めて低いレベルであり、また空洞0.3
)内の空気が排出させているから、対流伝熱も極めて低
いレベルである。従って、CODへの通電による自己発
熱以外の温度上昇要因は殆んど無く、長時間にわたって
半導体基板の温度を低く保つことができる。
に受熱板aυを接触させて、CODが設けられた半導体
基板(11から熱を十分に放出させる。次に半導体基板
(2)から受熱板a1)を離す。この状態では、半導体
基板(1)及び半導体取付基板(2)は周囲から熱的に
ほぼ完全に速断される。すなわち、構造部材を伝わる熱
伝導は、熱絶縁体である保持部材(3)を通しての無視
できる程度の極めて低いレベルであり、また空洞0.3
)内の空気が排出させているから、対流伝熱も極めて低
いレベルである。従って、CODへの通電による自己発
熱以外の温度上昇要因は殆んど無く、長時間にわたって
半導体基板の温度を低く保つことができる。
次にCODを露光し、元情報が十分に電荷に変換された
状態で、CODに絖出しのための通電を行って、画像情
報モ絖出す。絖出しに要する時間は17ン一ム期間(1
730秒)であるから、この期間のみ通電を行えば、C
ODの自己発熱は最小に押えられる。
状態で、CODに絖出しのための通電を行って、画像情
報モ絖出す。絖出しに要する時間は17ン一ム期間(1
730秒)であるから、この期間のみ通電を行えば、C
ODの自己発熱は最小に押えられる。
CODカメラを何回か操作してその自己発熱によって基
板(11の温度が上昇し、暗電流レベルが増加した場合
、再び半導体取付基板(2)に受熱板01)を接触させ
て放熱を図る。この場合、暗電流レベルを測定してその
値または成る一定値を越えたことを表示させ、この表示
に基いて受熱板0υ、熱伝導軸(8)及び放熱フィンa
2からなる冷却装置を操作するように構成してもよい。
板(11の温度が上昇し、暗電流レベルが増加した場合
、再び半導体取付基板(2)に受熱板01)を接触させ
て放熱を図る。この場合、暗電流レベルを測定してその
値または成る一定値を越えたことを表示させ、この表示
に基いて受熱板0υ、熱伝導軸(8)及び放熱フィンa
2からなる冷却装置を操作するように構成してもよい。
第2図は本発明の別の実施例を示す同様な縦断面図であ
る。第2図では、熱伝導軸(8)と放熱フィンa2との
間にベルチェ効果才たはトムソン効果を利用した熱電素
子(11が介在され、この熱電素子σ罎に電流源(至)
から電流を流して半導体基板(1)及び半導体取付基板
(2)を冷却するように構成されている。
る。第2図では、熱伝導軸(8)と放熱フィンa2との
間にベルチェ効果才たはトムソン効果を利用した熱電素
子(11が介在され、この熱電素子σ罎に電流源(至)
から電流を流して半導体基板(1)及び半導体取付基板
(2)を冷却するように構成されている。
他の構造はgi図と同じである。
llX2Eノmt、4cヨht!、+導体Ti、lIi
mf−−5 。
mf−−5 。
C種度に保つことができ、CODの暗′岨流を十分に小
さくして続出し#jJ像の解像度を十分に高くすること
ができる。半導体取付基板(2)と受熱板aυとを接触
させると共に、熱電索子a1に通電して半導体基板(1
)を一旦冷却し、冷却装置と基板f2+とを分離すれば
、既述のように半導体基板、(11に流入する熱は十分
に遮断され得るから、冷却状態を長時間にわたって保つ
ことができる。tたCCDの読出し時の通電は既述のよ
うに1フレ一ム画面にっき1/30秒であるから、こね
による自己発熱も極めて微小である。
さくして続出し#jJ像の解像度を十分に高くすること
ができる。半導体取付基板(2)と受熱板aυとを接触
させると共に、熱電索子a1に通電して半導体基板(1
)を一旦冷却し、冷却装置と基板f2+とを分離すれば
、既述のように半導体基板、(11に流入する熱は十分
に遮断され得るから、冷却状態を長時間にわたって保つ
ことができる。tたCCDの読出し時の通電は既述のよ
うに1フレ一ム画面にっき1/30秒であるから、こね
による自己発熱も極めて微小である。
tた熱電素子α9への通電は、冷却時のみで良いから、
その電力消費を十分に小さく押えることが可能である◇ 更に、半導体基板(1)の周囲の空気が排出さf+でい
るから、基板温度が一50c程度であっても、基板表面
に露滴が付着することは無い。またCODの前面側の透
明板(4)は室温と同じであるから、その前面及び背面
に露滴が付着することも防ける◇既述のように半導体基
板(IIの暗電流を検出して、その検肯結果に応・じて
冷却装置を操作または動作させることができるが、これ
を自動匍]#にすることも可能である。すなわち、CO
Dの自己発熱によって暗電流レベルが一定の基準値を越
えたならば、これを検出してmih装置を動作させ、受
熱板aυが半導体取付基板(2)に接触するように冷却
装置を往動させる。これと共に、スイッチ素子を動作さ
せ、熱電素子α優に通電を行う。暗電流レベルが基準値
よりも低下したならば、上述の電磁装置及びスイッチ素
子をオフにする。
その電力消費を十分に小さく押えることが可能である◇ 更に、半導体基板(1)の周囲の空気が排出さf+でい
るから、基板温度が一50c程度であっても、基板表面
に露滴が付着することは無い。またCODの前面側の透
明板(4)は室温と同じであるから、その前面及び背面
に露滴が付着することも防ける◇既述のように半導体基
板(IIの暗電流を検出して、その検肯結果に応・じて
冷却装置を操作または動作させることができるが、これ
を自動匍]#にすることも可能である。すなわち、CO
Dの自己発熱によって暗電流レベルが一定の基準値を越
えたならば、これを検出してmih装置を動作させ、受
熱板aυが半導体取付基板(2)に接触するように冷却
装置を往動させる。これと共に、スイッチ素子を動作さ
せ、熱電素子α優に通電を行う。暗電流レベルが基準値
よりも低下したならば、上述の電磁装置及びスイッチ素
子をオフにする。
第2図の変形例として、CODが設けられた半導体基板
(1)を熱電素子■の冷却面に取付け、これらの半導体
基板(11と熱電素子a9bを第1図または第2図のよ
うに保持部材(31で保持した状態で減圧された空洞0
3内に配置してもよい。この場合、第1図と同様な構造
の冷却装置が熱電素子部の放電面に接離自在に設けられ
るのが望才しい。また第1図のような接離自在の冷却装
置及びダイアフラム(7)8設けずに、空洞03内を完
全密閉とし、熱電素子■の放熱面に固着された放熱部材
を空洞の外部まで導出して放熱を図ってもよい。この場
合、放熱部材を伝わっての外部から内部への熱伝導が多
少あるが、熱11X子を常時動作させて置くか、或いは
暗電R8検出してオン・オフすればこの問題を回避する
ことができる。また上述のように仝洞内部を減圧するこ
とによって、対流伝熱を少なくすることができるさ共に
、露結を防止できる。
(1)を熱電素子■の冷却面に取付け、これらの半導体
基板(11と熱電素子a9bを第1図または第2図のよ
うに保持部材(31で保持した状態で減圧された空洞0
3内に配置してもよい。この場合、第1図と同様な構造
の冷却装置が熱電素子部の放電面に接離自在に設けられ
るのが望才しい。また第1図のような接離自在の冷却装
置及びダイアフラム(7)8設けずに、空洞03内を完
全密閉とし、熱電素子■の放熱面に固着された放熱部材
を空洞の外部まで導出して放熱を図ってもよい。この場
合、放熱部材を伝わっての外部から内部への熱伝導が多
少あるが、熱11X子を常時動作させて置くか、或いは
暗電R8検出してオン・オフすればこの問題を回避する
ことができる。また上述のように仝洞内部を減圧するこ
とによって、対流伝熱を少なくすることができるさ共に
、露結を防止できる。
更に第2図の変形例として、受熱板Oυを半導体取付基
板(2)に固着して、冷却手段を接離自在とはせずに固
定してしまう構造も考えられる。この場合、熱電素子α
9の電流をオン・オフして半導体基板(1)の温度を一
定値以下に制御するように構成するのが望丈しい。
板(2)に固着して、冷却手段を接離自在とはせずに固
定してしまう構造も考えられる。この場合、熱電素子α
9の電流をオン・オフして半導体基板(1)の温度を一
定値以下に制御するように構成するのが望丈しい。
次に第6図は、更に別の実施例を示す固体撮像装置の縦
断面図である。この例では、熱電素子a9が外部からの
操作で半導体取付基板(2)に直接に接触され、また離
間されるような構造となっている。
断面図である。この例では、熱電素子a9が外部からの
操作で半導体取付基板(2)に直接に接触され、また離
間されるような構造となっている。
熱電素子■は2重1g造になっていて、縦長の半円筒形
の異種金属(19a)(19b)とが接合されて1つの
熱電素子が形成さ−れ、更にこれらの金jpA(19a
バ19b)の夫々に偏平な半円筒形の異種金1I4(1
9c)(19d)が接合されて、金属(19a)と(1
9c)とで1つの熱電索子、金属(19b)と(19d
)とで更に1つの熱電索子が形成されている。金属(1
9a)(19b)が吸熱側であり、金属(19c)(1
9d)が放熱側である。
の異種金属(19a)(19b)とが接合されて1つの
熱電素子が形成さ−れ、更にこれらの金jpA(19a
バ19b)の夫々に偏平な半円筒形の異種金1I4(1
9c)(19d)が接合されて、金属(19a)と(1
9c)とで1つの熱電索子、金属(19b)と(19d
)とで更に1つの熱電索子が形成されている。金属(1
9a)(19b)が吸熱側であり、金属(19c)(1
9d)が放熱側である。
本発明は上述の如く、固体撮像素子とその冷却手段の少
なくとも一部とを9洞内に配置し、この空洞内を減圧し
たものである。従って本発明によれば、固体撮像素子の
周囲の空気による対流伝熱を少なくして、固体撮gII
素子を熱的に絶縁することが可能になり、外部温度によ
る暗電流の増大に起因するIli像出力信号のS/Nの
劣化を軽減することができ、解像度の高い1儂を得るこ
とができる。また空洞内を減圧することにより、固体撮
像素子及び空洞内壁への霧滴付着を防止することができ
る。
なくとも一部とを9洞内に配置し、この空洞内を減圧し
たものである。従って本発明によれば、固体撮像素子の
周囲の空気による対流伝熱を少なくして、固体撮gII
素子を熱的に絶縁することが可能になり、外部温度によ
る暗電流の増大に起因するIli像出力信号のS/Nの
劣化を軽減することができ、解像度の高い1儂を得るこ
とができる。また空洞内を減圧することにより、固体撮
像素子及び空洞内壁への霧滴付着を防止することができ
る。
第1図は本発明の固体撮像装置の1つの実施例を示す元
軸に沿った縦断面図、H2図及び第3図は夫々別の実施
例を示す第1図と同様な縦断面図である。 なお111njC用いられた符号において1(1j・−
・−・・・・・−半導体基板(8)−・−・−・−・・
・熱伝導軸 aυ−・・−・・・・−・・・受熱板 σ2・・・・・・・・・・・・・・・放熱フィンα3・
・・・・・・−・・・・・・・空洞旺・・・・・・・・
・・・・・・・熱電素子である。 代理人 上屋 膀 I 常包芳男 l 杉浦俊貴 IIII図 第2図 第3図
軸に沿った縦断面図、H2図及び第3図は夫々別の実施
例を示す第1図と同様な縦断面図である。 なお111njC用いられた符号において1(1j・−
・−・・・・・−半導体基板(8)−・−・−・−・・
・熱伝導軸 aυ−・・−・・・・−・・・受熱板 σ2・・・・・・・・・・・・・・・放熱フィンα3・
・・・・・・−・・・・・・・空洞旺・・・・・・・・
・・・・・・・熱電素子である。 代理人 上屋 膀 I 常包芳男 l 杉浦俊貴 IIII図 第2図 第3図
Claims (1)
- 固体撮像素子とこの固体撮像素子を冷却する手段とを有
し、上記固体撮像素子と上記冷却手段の小なくとも一部
とを夫々空洞内に設置するとともに、上記空洞内を減圧
したことを特徴とする固体撮像装置〇
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57031588A JPS58148572A (ja) | 1982-02-27 | 1982-02-27 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57031588A JPS58148572A (ja) | 1982-02-27 | 1982-02-27 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58148572A true JPS58148572A (ja) | 1983-09-03 |
JPH0432590B2 JPH0432590B2 (ja) | 1992-05-29 |
Family
ID=12335343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57031588A Granted JPS58148572A (ja) | 1982-02-27 | 1982-02-27 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58148572A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61149490U (ja) * | 1985-03-05 | 1986-09-16 | ||
JPS6319978A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Leo Giken:Kk | 固体イメ−ジセンサの暗電流低減装置 |
EP0691064A4 (en) * | 1992-07-08 | 1995-11-03 | Oncor Inc | COLOR IMAGE SYSTEM FOR LOW LIGHT LEVELS WITH COOLED INTEGRATED CAMERA |
EP1722269A1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pickup device driving apparatus and photographing device using the same |
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