JPH09509287A - 凝縮防止手段が設けられた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電磁放射（１１）に対するイメージセンサ素子（１）と、この電磁放射（１１）に対して透明な被覆体（２）とが設けられ、この電磁放射がこの被覆体を通って前記イメージセンサ素子（１）に到達しうるようになっている撮像装置に関するものである。本発明によるこの撮像装置は、前記被覆体（２）上に透明導電層（３）が設けられており、この透明導電層に２つの接続電極（４，５）が設けられ、これら接続電極（４，５）を経て供給されて前記透明導電層（３）で消費される電力により前記被覆体（２）が暖められうるようになっていることを特徴とする。本発明撮像装置によれば、被覆体（２）の温度が周囲の露点よりも低くなる条件の下での被覆体（２）上の水の被膜の凝縮を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 凝縮防止手段が設けられた撮像装置 本発明は、電磁放射に対するイメージセンサ素子と、この電磁放射に対して透 明な被覆体とが設けられ、この電磁放射がこの被覆体を通って前記イメージセン サ素子に到達しうるようになっている撮像装置に関するものである。本発明はま た、イメージセンサ素子にも関するものである。 カメラとも称されるこのような撮像装置は、像を電気信号に変換するのに特に 適している。この場合、像を形成する電磁放射がイメージセンサ素子で電荷を発 生させ、次にこの電荷が電気回路により電気信号に処理され、これら電気信号が 例えばＴＶモニタにより像表示される。イメージセンサ素子は通常ガラスより成 る被覆体を有し、この被覆体がイメージセンサ素子を外部の影響に対し遮蔽する も電磁放射を透過し、この電子放射がイメージセンサ素子に到達しうるとともに ここで電荷を発生しうるようになっている。 １９９４年発行の文献“Philips Journal of Research"，Vol.48，No3の第１ ４７頁の論文“ＣＣＤ Imaglng”には、ＴＶカメラにおけるイメージセンサ素子 として電荷結合装置（ＣＣＤ）が用いられている前述した種類の撮像装置が開示 されている。 上述した撮像装置は通常満足に動作するも、それにもかかわらず、この既知の 撮像装置には、ある周囲条件の下で良好な像の供給が得られないという欠点があ る。 本発明の目的は、特に上述した欠点を無くすことにある。 本発明によれば、この目的のために、前記被覆体上に透明導電層が設けられて おり、この透明導電層に２つの接続電極が設けられ、これら接続電極を経て供給 されて前記透明導電層で消費される電力により前記被覆体が暖められうるように なっていることを特徴とする。 本発明は、被覆体上の水の被膜の凝縮によるある状況の下で満足でない像が得 られるという認識を基に成したものである。この状況は特に、比較的冷却した被 覆体を比較的温かい湿気のある雰囲気中に入れた際に生じる。イメージセンサの 温度が湿気のある周囲の露点よりも低くなると、湿気が被覆体上で凝縮し、撮像 装置による像の良好な供給がもはや不可能となる。本発明による撮像装置におい ては、２つの電極を介する電力源（電流源又は電圧源）により導電層中で電力を 消費せしめて被覆体を暖めることができる。被覆体を露点よりも高い温度に保つ か又はこの温度にする場合、被覆体上でもはや凝縮が生ぜず、撮像装置は像を満 足に供給する。 被覆体はイメージセンサ素子からある距離の位置に保つことができる。従って 、レンズ系をイメージセンサ素子の前方に存在させて、このレンズ系を透明被覆 体として作用させることができる。本発明による撮像装置では、被覆体をイメー ジセンサ素子のエンベロープにカバープレートの形態で設けるのが好ましい。こ こで、“エンベロープ”とは、イメージセンサ素子、例えば半導体チップを収容 する“パッケージ”を意味するものとする。イメージセンサ素子は、イメージセ ンサ素子のすぐ近くに位置するカバープレートの透明度の妨害に著しく感応する 。本発明では、電極の電源ラインとイメージセンサ素子の電源ラインとを共通に することができるという追加の利点がある。 イメージセンサ素子に冷却装置を設けた場合、追加の利点が得られる。この場 合、イメージセンサ素子を比較的低い温度で動作させることができる。これによ り、雑音や、いわゆる暗電流、すなわち電磁放射をイメージセンサ素子に入射さ せるか否かにかかわらず発生される電荷の流れを低レベルに保つことができると いう利点が得られる。このような冷却装置を用いると、イメージセンサ素子の温 度が比較的低くなるばかりか、撮像装置のエンベロープ及びカバープレートも熱 伝導のために比較的低い温度となる。このような状況の下では、カバープレート の温度が周囲の露点よりも低く降下するおそれがある為、湿気の凝縮が生じるお それがある。本発明による撮像装置では、カバープレートを導電層中で消費され る電力により凝縮が生じないような温度にするか或いはこの温度に保つことがで きる。この場合、導電層の温度の関数としての導電層の抵抗値変化を制御機構で 用いて、被覆体の温度を一定に保つことができる。 冷却装置はペルチェ素子を有するようにするのが好ましい。この場合、イメー ジセンサ素子を電力により比較的低い温度に保つことができる。ペルチェ素子へ の電力の供給は、例えば水冷のような冷却の他の形態よりも実際に簡単であり、 更にイメージセンサ素子に対する温度制御の実現が比較的容易となる。 透明導電層に対しては、原理的に、例えばアンチモンをドーピングした酸化錫 又は没食子酸ネオジムのような既知の材料を用いることができる。透明導電層と しては酸化錫インジウム（ＩＴＯ）層を設けるのが好ましい。このような層には 、可視範囲の電磁放射に対する導電層による放射吸収が低く（約１〜２％）、従 ってイメージセンサ素子に到達する電磁放射の量に対する導電層の影響がわずか となり、更にＩＴＯの電気抵抗が適切な値を有するという利点がある。 透明導電層上には追加の透明層を設け、この追加の透明層は、導電層とこの追 加の透明層とが相俟って被覆体に対する反射防止被膜を構成するような屈折率及 び厚さを有するようにするのが好ましい。導電層と、被覆体の材料と、空気との 相互間の屈折率の差による導電層の表面における反射により電磁放射の損失が生 じるおそれがある。ガラス被覆体上にＩＴＯ導電層を設けた場合、この損失は約 １７％になる。追加の透明層を設け、導電層とこの追加の透明層とが相俟ってそ れ自体既知の反射防止被膜を構成するようにすることにより、この反射を著しく 減少せしめることができる為、より多くの電磁放射がイメージセンサ素子に到達 するようになる。このような追加の透明層は屈折率が互いに異なる複数の層を有 するようにしうる。 イメージセンサ素子に面する側の被覆体の表面上に熱反射層が設けられ、イメ ージセンサ素子側とは反対側の被覆体の表面上に前記透明導電層が設けられてい るようにするのが好ましい。このような例は、撮像装置の動作中暖められる被覆 体の熱放射の一部分しかイメージセンサ素子に到達しないという利点を有する。 これにより、撮像装置が被覆体からの熱放射により暖められて撮像装置の動作に 害を及ぼすことが回避される。 以下に本発明を図面を参照した実施例につき一層詳細に説明する。図中、 図１は本発明による撮像装置を示し、 図２は被覆体における温度Ｔと電力Ｗとの関係を示すグラフである。 図面は線図的なものであって、実際のものに正比例して描いていない。 図１は電磁放射１１に対するイメージセンサ素子１が設けられた撮像装置を示 し、この撮像装置には放射１１を透過する被覆体２が設けられており、この被覆 体２を通って放射１１がセンサ素子１に到達しうる。本発明によれば、被覆体２ 上に透明導電層３が設けられ、この透明導電層３は２つの接続電極４，５を有し 、これら電極は透明導電層３中で消費される電力により被覆体２を暖めるための 電源６に接続されている。 図１の例では、被覆体２がイメージセンサ素子１のエンベロープ７にカバープ レートの形態で設けられている。エンベロープ７はこの場合、イメージセンサ素 子１、例えば半導体ＣＣＤチップを周囲の影響から保護するためにこのイメージ センサ素子を収容する“パッケージ”を意味するものとする。イメージセンサ素 子１はそのすぐ上に位置するカバープレート２の透明度に対する妨害に著しく感 応する。追加の利点は、電極４，５の電源ラインをイメージセンサ素子１の電源 ワイヤ（図示せず）と共通にすることができるということである。 本例のイメージセンサ素子１には冷却装置８が設けられている。従って、イメ ージセンサ素子１を比較的低い温度で動作させることができる。この場合、雑音 やいわゆる暗電流、すなわち電磁放射１１がイメージセンサ素子１に入射される か否かにかかわらず発生される電荷キャリアの流れを低レベルに保つことができ るという利点がある。このような冷却装置８を用いると、イメージセンサ素子１ の温度が比較的低くなるばかりではなく、イメージセンサ素子のエンベロープ７ 及び被覆体２も熱伝導の為に比較的低い温度になりうる。被覆体２の温度はこの ような情況の下で周囲の露点よりも低く降下する場合もあり、従って湿気の凝縮 が生じるおそれがある。本発明による撮像装置では、透明導電層で消費される電 力により被覆体２を湿気の凝縮が生じない温度にするかこの温度に保つことがで きる。冷却装置はペルチェ装置８を有するのが好ましい。このようにすることに より、イメージセンサ素子１を電力により比較的低い温度に保つことができる。 実際、例えば水冷を用いるよりもペルチェ素子に電力を供給ける方が容易であり 、しかもイメージセンサ素子１に対する温度制御を比較的容易に実現しうる。 透明導電層３に対しては、アンチモンをドーピングした酸化錫又は没食子酸ネ オジムを用いることができる。透明導電層３としては酸化錫インジウム（ＩＴＯ ）層３を設けるのが好ましい。このような層３は、透明導電層３による放射１１ の吸収が可視範囲のこの放射１１に対しわずかであり（約１〜２％であり）、従 ってイメージセンサ素子１に到達する電磁放射１１の量に対する導電層３の影響 がわずかとなるという利点を有する。このようなＩＴＯ層は、インジウム及び錫 をアルゴン及び酸素の雰囲気中で蒸着するそれ自体既知の蒸着処理により設けら れる。インジウム／錫の重量比は所望の光学及び電気特性に応じて選択しうる。 この場合、インジウム及び錫を８５重量％／１５重量％の比で与える。酸化錫イ ンジウムには３００℃で１時間の後処理を行なう。このようにすると、約２００ Ω／□の抵抗値及び２．０の屈折率を有する透明導電層が得られる。電極４，５ は種々の方法で設けることができる。この場合、ＩＴＯ層の一部の上に金属層を 蒸着し、その上に電源ラインをはんだ接続するようにしうる。本例では、ＩＴＯ 層上に銀ペーストを設け、このペーストに電源ワイヤをはんだ付けする。図２は 、被覆体として用いた３６×３６×１ｍｍのガラスプレート中で消費される電力 Ｗの関数として温度Ｔを示すグラフである。被覆プレート２の温度はＩＴＯ層に より実際的な情況の下で露点よりも高く保つことができること明らかである。 層３と、被覆体２の材料と、周囲の空気との相互間の屈折率の差によって生ぜ しめられる導電層３の表面での反射が実際に電磁放射１１の損失につながるおそ れがある。この損失はガラス被覆プレート上の導電性ＩＴＯ層３に対し約１７％ になる。導電層３と追加の層９とが相俟って被覆体に対する反射防止被膜を構成 するような屈折率及び厚さを有する当該追加の層９を透明導電層３上に設ける。 この追加の層９を設けることにより放射１１の反射を著しく低減せしめることが できる為、より多くの電磁放射１１がイメージセンサ素子１に到達するようにな る。この追加の層１は互いに異なる屈折率の数個の層を有しうる。この場合、透 明導電層３と追加の層９とが多層反射防止被膜を構成する。透明導電層と追加の 層９とに対し選択する材料及び層厚は、例えばブリストルのMcLeod，Publ．Adam Hilger社による薄膜光フィルタから既知のような多層反射防止被膜に対する式 から得られる。例えばＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＣｅＦ₃，ＣｅＯ₂の層を追加の層とし て設けることができる。本例では、厚さが９５ｎｍのＭｇＦ₂の層（屈折率：１ ．４０）を厚さが６６ｎｍのＩＴＯ層（屈折率：２．０）上に設ける。この 場合、入射放射１１の反射は電磁放射１１の５３０ｎｍの波長に対し１．４％よ りも多くならない。 イメージセンサ素子１に面する側の被覆体２の表面上には熱反射層１２を設け 、透明導電層３はイメージセンサ素子１側とは反対側の被覆体２の表面上に設け るのが好ましい。選択する熱反射層は遠赤外線範囲内の電磁放射（熱放射）を反 射する層とする。この層に対する材料は追加の透明層に対する材料と同じにする ことができる。従って、例えば、ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＣｅＦ₃，ＣｅＯ₂又はＭｇ Ｆ₂の層を設けることができる。熱反射層１２を有する例の場合、暖められた被 覆体２からの熱放射の一部のみしかイメージセンサ素子１に達しないという利点 がある。これにより、イメージセンサ素子が被覆体２からの熱放射によって暖め られて撮像装置の動作に悪影響を及ぼすことが回避される。本例では、厚さが２ ００ｎｍのＭｇＦ₂の熱反射層を設ける。層の厚さは熱反射層として用いる場合 には臨界的なものではない。 本発明は上述した実施例に限定されるものではない。被覆体２は実施例ではイ メージセンサ素子１のエンベロープ７の一部を構成しているが、周囲の空気と接 触するレンズを前述した被覆体とみなすこともできること明らかである。又、透 明導電層３、追加の層９及び熱反射層１２に対しては、それ自体既知の他の材料 を極めて良好に用いることができる。更に、これらの層を実施例で述べた方法と 異なる方法で設けることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁放射に対するイメージセンサ素子と、この電磁放射に対して透明な被覆 体とが設けられ、この電磁放射がこの被覆体を通って前記イメージセンサ素子に 到達しうるようになっている撮像装置において、 前記被覆体上に透明導電層が設けられており、この透明導電層に２つの接続 電極が設けられ、これら接続電極を経て供給されて前記透明導電層で消費される 電力により前記被覆体が暖められうるようになっていることを特徴とする撮像装 置。 ２．請求の範囲１に記載の撮像装置において、前記被覆体がイメージセンサ素子 のエンベロープにカバープレートの形態で設けられていることを特徴とする撮像 装置。 ３．請求の範囲２に記載の撮像装置において、イメージセンサ素子に冷却装置が 設けられていることを特徴とする撮像装置。 ４．請求の範囲３に記載の撮像装置において、前記冷却装置がペルチェ素子を有 していることを特徴とする撮像装置。 ５．請求の範囲１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、前記透明導電 層として酸化錫インジウム層が設けられていることを特徴とする撮像装置。 ６．請求の範囲１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、前記透明導電 層上に追加の透明層が設けられ、この追加の透明層は、前記透明導電層とこの追 加の透明層とが相俟って前記被覆体に対する反射防止被膜を構成するような屈折 率及び厚さを有していることを特徴とする撮像装置。 ７．請求の範囲１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、イメージセン サ素子に面する側の被覆体の表面上に熱反射層が設けられ、イメージセンサ素子 側とは反対側の被覆体の表面上に前記透明導電層が設けられていることを特徴と する撮像装置。 ８．請求の範囲１〜７のいずれか一項に記載の電磁放射用イメージセンサ素子。