JPH03181167A - 固体撮像装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像素子を電子冷却素子により冷却する
固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 固体撮像素子の雑音には温度依存性のない成分と、温度
依存性のある成分、すなわち温度又は温度の平方根に比
例して変化する成分がある。

例えば、ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　　ＣｏｕｐｌｅｄＤ
ｅｖｉｃｅ）の場合、光信号電流によるショット雑音は
温度依存性はないが、暗電流によるショット雑音と固定
パターン雑音、リセットトランジスタの熱雑音に起因す
るリセット雑音、出力ＦＥＴの１／ｒ雑音等には温度依
存性があり、温度が低くなる程雑音量も減少する。

これらの雑音を減少させ、高感度の固体撮像装置を実現
するため、一般には、ベルチェ素子等の電子冷却素子を
用いて固体撮像素子臼体を冷却する方俵が用いられてい
る。

その−例を第４図に示した。図において、固体撮像素子
１の背面にはベルチェ素子２が配置され、ベルチェ素子
２の高温部は放熱器３と接続されている。また、前記固
体撮像素子の結像面の全面にはカバーガラス４が設けら
れ周囲空気５に対して遮断されている。

したがって、第４図の構成により、固体撮像素子１の温
度を低い一定温度に保持することができ、温度依存性の
ある雑音を低減することができる。

しかし、上記の如く固体撮像素子１を冷却すると、撮像
素子１の光人討■となるカバーガラス４も冷却されてし
まうため、カバーガラス４の表面に結露して、これが入
射光をさえぎり、撮像素子１から得られる映像がぼやけ
てしまうという問題があった。

つまり、第４図において、周囲空気５の温度をＴａ、固
体撮像素子１の温度をＴＤ、カバーガラス４の温度をＴ
Ｇ、電子冷却素子２の低温側の温度をＴｃ、高温側の温
度をＴ口とすると、ＴＨ＞Ｔａ　＞ＴＧ　＞ＴＤ　＞Ｔ
ｃ が成り立ち、周囲空気５の温度Ｔａとカバーガラス４の
温度ＴＯとの差が大きく、周囲空気５の温度が高い場合
、カバーガラス４の表面に露が発生し、カバーガラスを
曇らせてしまい、撮像素子１から得られる映像がはやけ
てしまう。

そこで、上記の如き結露防ＩＬ策としては、第５図に示
すような方式が考えられる。

すなわち、第５図に示す従来例では、固体撮像素子１を
真空容器６に封入し、かつ入射光窓ガラス７に結露防止
ヒータ８を設けている。この例では、 ＴＨ＞　Ｔ　Ｉ　　＞　Ｔａ　　＞　ＴＧ　　％ＴＤ　
　＞　Ｔｃが戊り立ち、入射光窓ガラス７の温度ＴＩは
、結露防止ヒータ８により周囲空気５の温度Ｔａより高
く保たれ、かつカバーガラス４は真空容器６内にあるた
め、入１・Ｉ光窓ガラス７及びカバーガラス４共に結露
することはない。

（発明が解決しようとする課題） 上述したごとく高感度化をはかるため電子冷却素−ｒを
用いて固体撮像素子１を冷却する場合、光入射窓となる
透明部材４，７に露が付着し、固体撮像素子１から得ら
れる映像がぼやけてしまうという問題がある。

また、結露防止すべく、結露防止ヒータ８を設けると消
費電力が増加し、また全体の構造が複雑で、装置が大型
になってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、消費電力が小さく、かつ浦易構造と
することができ、しかも結露することがない高感度、低
雑音の固体撮像装置を提供することを］］的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決する本発明は、固体撮像素子の背面側に
高温部及び低温部を有する電子冷却素子を配置し、該電
子冷却素子の低温部を前記固体撮像素子に対し直接また
は間接的に接触させることにより前記固体撮像素子を冷
却するようにした固体撮像装置において、 前記固体撮像素子の結像面前方にカバーガラスなど光入
射窓となる透明部材を配置し前記固体撮像素子の結像面
を周囲空気に対し遮断した状態で減圧ないし乾燥ガス雰
囲気を保つ空気遮断手段を設け、 前記電子冷却素子の高温部の熱量を熱伝導により前記透
明部材側に導く熱伝導手段を設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明の固体撮像装置では、上記構成であるので、空気
遮断手段により、光入射窓となる透明部材と固体撮像素
子の結像面との間において結露を生ずる恐れはなく、か
つ熱伝導手段により前記光入射窓となる透明部材を加温
することができるのでその表面において結露することが
ない。

しかも、前記透明部材は前記電子冷却素子の高温部の熱
量を用いて加温されるので特別の加熱ヒータを要するこ
となく、消費電力小で、かつ簡易構造とすることができ
る。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す固体撮像装置の断面
図である。

図において、本例の固体撮像装置は、固体撮像素子（Ｃ
ＣＤ）１をその凹部に保持するホルダつと、このホルダ
９の背面に設けられるペルチェ素子２を有して戊る。ペ
ルチェ素子２は高温板２Ｈと低温板２Ｃとを有し、低温
板２Ｃを前記ホルダ９の背面側に接触し、ホルダ９を介
して前記固体撮像素子１を冷却する。

また、前記ペルチェ素子２の高温板２Ｈは熱伝導性支持
板１０を介して、前記ホルダ９及びペルチェ素子２を囲
繞する熱伝導パッケージ筐体１１の底面に固定されてい
る。該熱伝導パッケージ筐体１１は、例えばアルミニウ
ム、銅など熱導伝性の高い材質で製作され、前記固体撮
像素子１に入射光１２を与えるために窓部が形成され、
この窓部にはカバーガラス１３が設けられる。

前記熱伝導パッケージ筐体１１の底部には、適宜熱絶縁
ソケット１４が設けられ、固体撮像素子１で得られた信
号は、該ソケ・ソト１４を介して外部端子に送出される
。

前記熱伝導パッケージ筐体１１内は密閉され、その内部
には乾燥ガス１５が封入される。

上記構成の固体撮像装置において、電子冷却素子１の高
温側の温度をＴＨ，電子冷却素子１の低温側の温度をＴ
ｃ、カバーガラス１３の温度をＴＧ１周囲空気５の温度
をＴａ、固体撮像素子１の温度をＴＤとすると、 ＴＨ＞ＴＧ　＞Ｔａ　＞ＴＤ　＞”ｒｅとすることがで
き、カバーガラス１３の温度ＴＧを、周囲空気５の温度
Ｔａより高くすることができるため、カバーガラス１３
の外表面に露が付着することはない。また、熱伝導ノ＜
・ソケージ筐体１１の内部には乾燥ガス１５が封入され
るので、その内部において結露することもない。

本例では、第５図に示す従来例に対し、結露防止ヒータ
８が不要で、熱伝導パッケージ筐体１１が放熱器として
も作用するため、低消費電力で構造も比較的簡単である
。

第２図は本発明の他の実施例を示す固体撮像装置の断面
図である。

本例の固体撮像装置は、第１図に示すものに対し、ホル
ダ９の上面に熱絶縁リング１６を介してカバーがラス１
７を固定し、このカバーガラス１７とホルダ９の凹部で
構成されるチャンバに乾燥ガス１８を封入する。乾燥ガ
スに代え減圧するようにしてもよい。

本例の熱伝導パッケージ筐体１９は、第１図の筺体１１
に対し、気密性を用さず、その内部には、周囲空気５が
導入されてよい。

第２図に示す構成により、本例では、カバーガラス１７
とホルダ９の凹部との間に形成される比較的小さなチャ
ンバ内に乾燥ガスが封入されるのでその内部において結
露することはない。また、カバーガラス１７は、ホルダ
９に対して熱絶縁リング１６で熱絶縁され、その外周は
筐体１つの熱伝導によりペルチェ素子２の高温部２Ｈて
加温されるので、第１図に示すものと同様の温度関係に
よりその外表面において結露することはない。

第３図は本発明のさらに他の実施例を示す固体撮像装置
の断面図である。

本例の固体撮像装置は、色分解プリズム２０で分解され
た各成分色Ｒ，Ｇ、Ｂ毎の画像を撮像するもので、図に
はＧ色を出力するプリズム２０の一端面に接続される固
体撮像装置が示されている。

本例の固体撮像装置は、第２図に示すものに対し、カバ
ーガラス１７をくさびガラス２１を介してプリズム２０
の端面と接続している。また、熱伝導パッケージ筐体２
２の入射窓部にはフランジ２２Ｆが形成され、このフラ
ンジ２２Ｆの内側にプリズム２０の端部を咲合固定して
いる。

本例は、色分解プリズム２０により入射光をＲｌＧ、Ｂ
の３原色に分解して撮像する３枚式ＣＣＤカメラに適用
でき、ペルチェ素子２の高温側の熱量を熱伝導支持板１
０を介して熱伝導パッケージ筐体２２により色分解プリ
ズム２０及びカバーガラス１７の温度を上昇させること
ができる。したがって色分解プリズム２０とカバーガラ
ス１７の温度を周囲空気５の温度Ｔａより高くすること
ができ、カバーガラス１７の表面に露が付着することは
ない。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施できる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りの固
体撮像装置であるのて、消′Ｉ２電力が小さく、かつ聞
易構造とすることができ、しかも結露することがｔＳい
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示す固体撮像装置の
断面説明図、第４図及び第５図は従来の固体撮像装置を
示す断面説明図である。 １・・・固体撮像素子 ２・・・ペルチェ素子 ５・・・周囲空気 ９・・・ホルダ １０・・・熱伝導支持板 １１・・・熱伝導パッケージ筐体 １２・・・入射光 １３．１７・・・カバーガラス １５．１８・・・乾燥ガス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子の背面側に高温部及び低温部を有す
   る電子冷却素子を配置し、該電子冷却素子の低温部を前
   記固体撮像素子に対し直接または間接的に接触させるこ
   とにより前記固体撮像素子を冷却するようにした固体撮
   像装置において、前記固体撮像素子の結像面前方にカバ
   ーガラスなど光入射窓となる透明部材を配置し前記固体
   撮像素子の結像面を周囲空気に対し遮断した状態で減圧
   ないし乾燥ガス雰囲気を保つ空気遮断手段を設け、 前記電子冷却素子の高温部の熱量を熱伝導により前記透
   明部材側に導く熱伝導手段を設けたことを特徴とする固
   体撮像装置。
2. （２）請求項１に記載の固体撮像装置において、前記空
   気遮断手段及び前記熱伝導手段は、前記固体撮像素子の
   結像面前方に位置し光入射窓となる透明部材と、該透明
   部材を窓部に有しその底部を前記電子冷却素子の高温部
   と直接または間接的に接触され、その壁部を介して前記
   高温部の熱量を前記透明部材に伝達する気密性の高いパ
   ッケージで構成され、該パッケージの内部には減圧ない
   し乾燥ガスが封入されることを特徴とする固体撮像装置
   。