JP2551381B2 - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低照度な対象物を高感
度で撮像する可視および赤外線天文学や美術絵画の研
究、固体表面分析等の分野において広く用いられる、固
体撮像素子を冷却して使用する撮像装置に関する。
度で撮像する可視および赤外線天文学や美術絵画の研
究、固体表面分析等の分野において広く用いられる、固
体撮像素子を冷却して使用する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４を用いて従来の撮像装置について説
明する。固体撮像素子１は液体窒素、液体ヘリウム等の
冷媒またはスターリング形クーラ等の循環冷却型の冷凍
器で低温に保たれたコールドステージ２への熱伝導で冷
却される。例えばＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセン
サ等である固体撮像素子は冷却されることで自身の暗電
流が抑制されてＳ／Ｎが改善されて感度が向上する。同
様に周囲から固体撮像素子のイメージエリア３への放射
光を遮光（シールド）することでも感度が向上する。特
に、赤外線を受光するショットキ型赤外線ＣＣＤイメー
ジセンサやハイブリッド型の化合物赤外線イメージセン
サにおいては、シールドを冷却してコールドシールド４
として用いることで周囲からの赤外線を抑制することで
シールド効果が大きくなる。撮像対象物からの光はレン
ズや凹面鏡またはその組み合わせである集光系５で集光
されて前記イメージエリアに結像される。イメージエリ
アの各画素に蓄積された信号電荷は外部に読み出される
が、読み出し期間に対象物からの照射光があると読み出
し途中の信号電荷に偽信号として加わってしまうことが
ある。この偽信号を防ぐために読み出し期間中には機械
的に開閉が行えるメカニカルシャッタで対象物からの照
射経路を遮断する構成が一般的に用いられている。メカ
ニカルシャッタ自身からの放射光が暗電流の原因になら
ないようにメカニカルシャッタは通常は冷却されてコー
ルドメカニカルシャッタ６として用いられる。
明する。固体撮像素子１は液体窒素、液体ヘリウム等の
冷媒またはスターリング形クーラ等の循環冷却型の冷凍
器で低温に保たれたコールドステージ２への熱伝導で冷
却される。例えばＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセン
サ等である固体撮像素子は冷却されることで自身の暗電
流が抑制されてＳ／Ｎが改善されて感度が向上する。同
様に周囲から固体撮像素子のイメージエリア３への放射
光を遮光（シールド）することでも感度が向上する。特
に、赤外線を受光するショットキ型赤外線ＣＣＤイメー
ジセンサやハイブリッド型の化合物赤外線イメージセン
サにおいては、シールドを冷却してコールドシールド４
として用いることで周囲からの赤外線を抑制することで
シールド効果が大きくなる。撮像対象物からの光はレン
ズや凹面鏡またはその組み合わせである集光系５で集光
されて前記イメージエリアに結像される。イメージエリ
アの各画素に蓄積された信号電荷は外部に読み出される
が、読み出し期間に対象物からの照射光があると読み出
し途中の信号電荷に偽信号として加わってしまうことが
ある。この偽信号を防ぐために読み出し期間中には機械
的に開閉が行えるメカニカルシャッタで対象物からの照
射経路を遮断する構成が一般的に用いられている。メカ
ニカルシャッタ自身からの放射光が暗電流の原因になら
ないようにメカニカルシャッタは通常は冷却されてコー
ルドメカニカルシャッタ６として用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のような、冷却し
て暗電流や周囲からの放射光を抑制する固体撮像素子を
利用する撮像素子の場合には、固体撮像素子の転送特性
の劣化が問題となる。例えば、固体撮像素子としてＣＣ
Ｄイメージセンサを用いる場合にはチャネルのドーパン
トであるリンやヒ素が低温で一部不活性となることで転
送電荷に対してトラップとして働いてしまう。ＭＯＳ型
イメージセンサにおいてもＭＯＳトランジスタのチャネ
ル特性の劣化が同様に問題となる。これは暗電流の低減
を期待して冷却することで特性が劣化をするという点で
厄介な問題といえる。
て暗電流や周囲からの放射光を抑制する固体撮像素子を
利用する撮像素子の場合には、固体撮像素子の転送特性
の劣化が問題となる。例えば、固体撮像素子としてＣＣ
Ｄイメージセンサを用いる場合にはチャネルのドーパン
トであるリンやヒ素が低温で一部不活性となることで転
送電荷に対してトラップとして働いてしまう。ＭＯＳ型
イメージセンサにおいてもＭＯＳトランジスタのチャネ
ル特性の劣化が同様に問題となる。これは暗電流の低減
を期待して冷却することで特性が劣化をするという点で
厄介な問題といえる。
【０００４】本発明の目的は、冷却する固体撮像素子を
用いる撮像装置が抱えている前述のような転送不良の問
題を解決することである。
用いる撮像装置が抱えている前述のような転送不良の問
題を解決することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも冷
却された固体撮像素子と光学集光系およびコールドシー
ルドと、信号電荷転送期間に光学集光系からの照射光を
遮光するメカニカルシャッタと、特定の波長の赤外線を
前記固体撮像素子に照射する赤外線発生機能を具備して
いることを特徴とする撮像装置である。ここで、赤外線
発生機能はコールドシールド中にあっても、コールドシ
ールド外にあってもよく、前記メカニカルシャッタと一
体となっていてもよい。又、コールドシールド内部に固
定されている特定赤外線発生部から発した赤外線がメカ
ニカルシャッタで反射されて固体撮像素子に至る要に設
定してもよい。
却された固体撮像素子と光学集光系およびコールドシー
ルドと、信号電荷転送期間に光学集光系からの照射光を
遮光するメカニカルシャッタと、特定の波長の赤外線を
前記固体撮像素子に照射する赤外線発生機能を具備して
いることを特徴とする撮像装置である。ここで、赤外線
発生機能はコールドシールド中にあっても、コールドシ
ールド外にあってもよく、前記メカニカルシャッタと一
体となっていてもよい。又、コールドシールド内部に固
定されている特定赤外線発生部から発した赤外線がメカ
ニカルシャッタで反射されて固体撮像素子に至る要に設
定してもよい。
【０００６】
（実施例１）本発明の第１の実施例を図１に示す。図４
で示した従来例と同様に固体撮像素子１、コールドステ
ージ２、コールドシールド４、集光系５およびコールド
メカニカルシャッタ６を備えている。本発明では加えて
赤外線発生機能７を具備していることを特徴としてい
る。赤外線発生機能は具体的には加熱機構と光学フィル
タを組み合わせたものである。固体撮像素子の特性に応
じて加熱温度や光学フィルタ特性を適切に設定する。例
えば、ＰｔＳｉショットキ型赤外線ＣＣＤイメージセン
サでは赤外線受光部のカットオフ波長が約６μm である
ので受光部の暗電流発生に影響しないためには６μm 以
上の波長の赤外線を赤外線発生機能から照射しなければ
ならない。改善しようとしている転送効率の劣化の主原
因であるリンの活性化エネルギーは約２０μm の赤外線
波長に相当するので、改善のためには２０μm 以下の波
長の赤外線を固体撮像素子に照射すればよい。結果とし
て、６〜２０μm の赤外線を選択的に照射すれば良いこ
とになる。加熱温度３００℃で６μm 〜２０μm のバン
ドパスフィルタにより、十分な赤外線照射となる。前記
赤外線発生機能は信号電荷転送の時だけ必要であるので
コールドメカニカルシャッタの場合と同様に機械的に動
かすことができる。図１のようにコールドメカニカルシ
ャッタとは独立に操作できるようにしておくと開閉のタ
イミングや照射赤外線特性等の自由度が増して最適化が
容易になる利点がある。例えば、赤外線発生機能が前述
の例よりもさらに短波長の赤外線までを照射するように
設定しておき、その特定赤外線を照射した状態で信号電
荷を転送した後に特定赤外線発生機能を固体撮像素子か
ら見込めない位置まで退けて十分に暗電流が低下するま
で掃き出し操作を行い、撮像に備えるという動作が可能
である。どの程度の短波長までの赤外線を照射するか
は、転送効率改善の程度とホトダイオードでの暗電流増
加傾向とを考え合わせて設定する。
で示した従来例と同様に固体撮像素子１、コールドステ
ージ２、コールドシールド４、集光系５およびコールド
メカニカルシャッタ６を備えている。本発明では加えて
赤外線発生機能７を具備していることを特徴としてい
る。赤外線発生機能は具体的には加熱機構と光学フィル
タを組み合わせたものである。固体撮像素子の特性に応
じて加熱温度や光学フィルタ特性を適切に設定する。例
えば、ＰｔＳｉショットキ型赤外線ＣＣＤイメージセン
サでは赤外線受光部のカットオフ波長が約６μm である
ので受光部の暗電流発生に影響しないためには６μm 以
上の波長の赤外線を赤外線発生機能から照射しなければ
ならない。改善しようとしている転送効率の劣化の主原
因であるリンの活性化エネルギーは約２０μm の赤外線
波長に相当するので、改善のためには２０μm 以下の波
長の赤外線を固体撮像素子に照射すればよい。結果とし
て、６〜２０μm の赤外線を選択的に照射すれば良いこ
とになる。加熱温度３００℃で６μm 〜２０μm のバン
ドパスフィルタにより、十分な赤外線照射となる。前記
赤外線発生機能は信号電荷転送の時だけ必要であるので
コールドメカニカルシャッタの場合と同様に機械的に動
かすことができる。図１のようにコールドメカニカルシ
ャッタとは独立に操作できるようにしておくと開閉のタ
イミングや照射赤外線特性等の自由度が増して最適化が
容易になる利点がある。例えば、赤外線発生機能が前述
の例よりもさらに短波長の赤外線までを照射するように
設定しておき、その特定赤外線を照射した状態で信号電
荷を転送した後に特定赤外線発生機能を固体撮像素子か
ら見込めない位置まで退けて十分に暗電流が低下するま
で掃き出し操作を行い、撮像に備えるという動作が可能
である。どの程度の短波長までの赤外線を照射するか
は、転送効率改善の程度とホトダイオードでの暗電流増
加傾向とを考え合わせて設定する。
【０００７】特定赤外線発生機能としては、加熱機構と
光学フィルタとの組み合わせる方法他にも遠赤外線レー
ザダイオードを用いてもよい。また、外部で発生させた
特定赤外線を光ファイバ等で導いて用いることもでき
る。
光学フィルタとの組み合わせる方法他にも遠赤外線レー
ザダイオードを用いてもよい。また、外部で発生させた
特定赤外線を光ファイバ等で導いて用いることもでき
る。
【０００８】（実施例２）実施例１においては、赤外線
発生機能は一つの独立した機能として撮像装置に具備さ
れているが、コールドメカニカルシャッタと一体化すれ
ばさらに撮像装置の機構は簡略化される。
発生機能は一つの独立した機能として撮像装置に具備さ
れているが、コールドメカニカルシャッタと一体化すれ
ばさらに撮像装置の機構は簡略化される。
【０００９】図２に、第２の実施例を示す。この実施例
ではコールドメカニカルシャッタ６にバンドパスフィル
タ９及びヒーター１０を備えてある。コールドメカニカ
ルシャッタ６は熱伝導に優れている無酸素銅等の平板よ
りなり、ヒーター加熱による温度上昇を抑制するために
５mmの厚板としてある。銅板はエミッシビティー１００
％に近い表面処理（具体的には“ベルベット黒”の塗装
等）を施して、赤外線の乱反射を防止している。ヒータ
ー１０は、ＮｉＣｒ線等であり、外部からの電力供給で
発熱する。ヒーター１０及びバンドパスフィルタ９の仕
様については実施例１で述べたとおりである。ここでコ
ールドメカニカルシャッタ６のヒーター１０に面した面
で、かつフィルタ９で覆われている部分の表面のみは、
エミッシビティー１００％の表面処理ではなく、エミッ
シビティーは０％に近づけて反射面とする。反射面とす
ることで、ヒーター１０の加熱によるコールドフィルタ
６の昇温が抑えられると共にヒーター１０からの赤外線
を有効に利用できる、なおヒーター１０はコールドメカ
ニカルシャッタ６とも、バンドパスフィルタ９とも断熱
してある。
ではコールドメカニカルシャッタ６にバンドパスフィル
タ９及びヒーター１０を備えてある。コールドメカニカ
ルシャッタ６は熱伝導に優れている無酸素銅等の平板よ
りなり、ヒーター加熱による温度上昇を抑制するために
５mmの厚板としてある。銅板はエミッシビティー１００
％に近い表面処理（具体的には“ベルベット黒”の塗装
等）を施して、赤外線の乱反射を防止している。ヒータ
ー１０は、ＮｉＣｒ線等であり、外部からの電力供給で
発熱する。ヒーター１０及びバンドパスフィルタ９の仕
様については実施例１で述べたとおりである。ここでコ
ールドメカニカルシャッタ６のヒーター１０に面した面
で、かつフィルタ９で覆われている部分の表面のみは、
エミッシビティー１００％の表面処理ではなく、エミッ
シビティーは０％に近づけて反射面とする。反射面とす
ることで、ヒーター１０の加熱によるコールドフィルタ
６の昇温が抑えられると共にヒーター１０からの赤外線
を有効に利用できる、なおヒーター１０はコールドメカ
ニカルシャッタ６とも、バンドパスフィルタ９とも断熱
してある。
【００１０】（実施例３）図３に本発明の第３の実施例
を示す。図１で示した第１の実施例と同様に固体撮像素
子１、コールドステージ２、コールドシールド４、集光
系５およびコールドメカニカルシャッタ６、固定赤外線
発生機能８を有している。この固定赤外線発生機能８か
ら発した赤外線はコールドメカニカルシャッタで反射さ
れて固体撮像素子に照射される。ここで、コールドメカ
ニカルシャッタは鏡面研磨されて完全な反射を行うよう
にしてもよいし、散乱面として散乱光を固体撮像素子に
照射するようにしてもよい。または、コールドメカニカ
ルシャッタの反射面をグレーティング仕上げとして、分
光機能を持たせてさらに特定の波長のみを照射するよう
にしてもよい。完全反射面にすると、反射面での赤外線
損失が最小に抑えられる利点がある。凹面鏡にして集光
させるとさらに効果がある。一方、散乱面とするとイメ
ージエリアに均一に赤外線を照射できる。グレーティン
グ仕上げとして反射面に分光機能を分担させることで固
定赤外線発生機能の仕様を緩和できる。
を示す。図１で示した第１の実施例と同様に固体撮像素
子１、コールドステージ２、コールドシールド４、集光
系５およびコールドメカニカルシャッタ６、固定赤外線
発生機能８を有している。この固定赤外線発生機能８か
ら発した赤外線はコールドメカニカルシャッタで反射さ
れて固体撮像素子に照射される。ここで、コールドメカ
ニカルシャッタは鏡面研磨されて完全な反射を行うよう
にしてもよいし、散乱面として散乱光を固体撮像素子に
照射するようにしてもよい。または、コールドメカニカ
ルシャッタの反射面をグレーティング仕上げとして、分
光機能を持たせてさらに特定の波長のみを照射するよう
にしてもよい。完全反射面にすると、反射面での赤外線
損失が最小に抑えられる利点がある。凹面鏡にして集光
させるとさらに効果がある。一方、散乱面とするとイメ
ージエリアに均一に赤外線を照射できる。グレーティン
グ仕上げとして反射面に分光機能を分担させることで固
定赤外線発生機能の仕様を緩和できる。
【００１１】
【発明の効果】本発明により、冷却してかつメカニカル
シャッタで転送時に遮光する撮像装置が抱えていた転送
効率の劣化の問題を解決できた。
シャッタで転送時に遮光する撮像装置が抱えていた転送
効率の劣化の問題を解決できた。
【図１】本発明の撮像装置の第１の実施例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の撮像装置の第２の実施例を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の撮像装置の第３の実施例を示す図であ
る。
る。
【図４】撮像装置の従来例を示す図である。
１ 固体撮像素子 ２ コールドステージ ３ イメージエリア ４ コールドシールド ５ 集光系 ６ コールドメカニカルシャッタ ７ 特定赤外線発生機能 ８ 固定赤外線発生機能 ９ バンドパスフィルタ １０ ヒーター
Claims (3)
- 【請求項１】冷却して使用される固体撮像素子と、光学
集光系およびコールドシールドと、信号電荷転送期間に
光学集光系からの照射光を遮光するメカニカルシャッタ
と、特定の波長の赤外線を前記固体撮像素子に照射する
赤外線発生機能を具備していることを特徴とする撮像装
置。 - 【請求項２】赤外線発生機能がメカニカルシャッタと一
体となっていることを特徴とする請求項１記載の撮像装
置。 - 【請求項３】固定されている特定赤外線発生部から発し
た赤外線がメカニカルシャッタで反射されて固体撮像素
子に至ることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6123424A JP2551381B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6123424A JP2551381B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07336608A JPH07336608A (ja) | 1995-12-22 |
| JP2551381B2 true JP2551381B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=14860222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6123424A Expired - Lifetime JP2551381B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2551381B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7227148B2 (en) | 1999-06-08 | 2007-06-05 | Japan Tobacco Inc. | Apparatus for detecting impurities in material and detecting method therefor |
| CA2374153C (en) * | 1999-06-08 | 2008-10-28 | Japan Tobacco Inc. | Apparatus for detecting foreign matter in raw material and method of detecting the same |
| JP2006332841A (ja) | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Shimadzu Corp | 撮像素子組立体 |
| CN105406814A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-03-16 | 蒋安为 | 一种基于红外光与长波紫外光线的发电装置 |
-
1994
- 1994-06-06 JP JP6123424A patent/JP2551381B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07336608A (ja) | 1995-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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