JPS593069B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPS593069B2 JPS593069B2 JP57097323A JP9732382A JPS593069B2 JP S593069 B2 JPS593069 B2 JP S593069B2 JP 57097323 A JP57097323 A JP 57097323A JP 9732382 A JP9732382 A JP 9732382A JP S593069 B2 JPS593069 B2 JP S593069B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- state imaging
- temperature
- semiconductor substrate
- imaging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、固体撮像素子を用いた固体撮像装置の改良に
関する。
関する。
５ 従来、固体撮像素子の半導体基板としては、シリコ
ンが多く用いられてきた。
ンが多く用いられてきた。
しかしながら、シリコンは暗電流が常温でも１０ｎＡ８
度と比較的多い上に、１０℃温度上昇するごとに暗電流
は約２倍になることはよく知られている。例えば基板温
１０度が５０℃程度になると暗電流が約８０ｎＡと非常
に多くなり、実用上大きな問題となつている。とくに、
電荷転送素子を固体撮像素子として用い、電荷転送方式
を、例えば「アイ・イー・イー・イー●トランザクショ
ンズ●オン、エレクトロン・１５デバイシーズ（ ＩＥ
ＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＥＬＥＣＴＲＮＤＥ
ＶＩＥＳ）」第２０巻第３号２４４〜２５２頁所載の論
文に示されたようなフレームトランスファー方式とした
場合には、光電変換部から電荷蓄積部へ転送するときに
オーバーフローと２０いう現象をきたすことがある。し
たがつて本発明の目的は、周囲温度が上昇しても、固体
撮像素子を構成する半導体基板の温度上昇をできるだけ
少なくすることにより、暗電流の増加を防ぐようにした
固体撮像装置を得ること２５である。
度と比較的多い上に、１０℃温度上昇するごとに暗電流
は約２倍になることはよく知られている。例えば基板温
１０度が５０℃程度になると暗電流が約８０ｎＡと非常
に多くなり、実用上大きな問題となつている。とくに、
電荷転送素子を固体撮像素子として用い、電荷転送方式
を、例えば「アイ・イー・イー・イー●トランザクショ
ンズ●オン、エレクトロン・１５デバイシーズ（ ＩＥ
ＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＥＬＥＣＴＲＮＤＥ
ＶＩＥＳ）」第２０巻第３号２４４〜２５２頁所載の論
文に示されたようなフレームトランスファー方式とした
場合には、光電変換部から電荷蓄積部へ転送するときに
オーバーフローと２０いう現象をきたすことがある。し
たがつて本発明の目的は、周囲温度が上昇しても、固体
撮像素子を構成する半導体基板の温度上昇をできるだけ
少なくすることにより、暗電流の増加を防ぐようにした
固体撮像装置を得ること２５である。
本発明によれば、例えば昭和４２年８月１５日社団法人
電子通信学会発行の「電子通信ハンドブック」１５１５
頁に記載されたペルチエ効果を利用した材料の熱電素子
を、固体撮像素子の半導体基３０板を保持する部材に接
触させ、この熱電素子に流す電流を半導体基板の温度に
応じて制御する固体撮像装置が得られる。
電子通信学会発行の「電子通信ハンドブック」１５１５
頁に記載されたペルチエ効果を利用した材料の熱電素子
を、固体撮像素子の半導体基３０板を保持する部材に接
触させ、この熱電素子に流す電流を半導体基板の温度に
応じて制御する固体撮像装置が得られる。
次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図を参照して、熱電素子と半導体基板との３５組み
合せについてまず説明すると、パッケージ１と、外部回
路との接続端子２と、断熱材３と、半導体基板５を保持
する保持部材４と、ペルチエ効果を起させるための互い
に熱起電力の異なる金属または半導体である熱電素子６
および７と、熱電素子６および７に一定電流を流す定電
流源８と、放熱板１０とを有している。また、第１図に
おいて、半導体基板５を保持している保持部材４に接触
している熱電素子６および７の接触点が冷接点であり、
放熱板１０に接触している接触点が高温接点である。ま
た、定電流源８からの一定電流は矢印９の方向に流れる
。一般にペルチエ熱起電力は、絶対温度とその熱電素子
の熱起電力ηとの積で決まり、温度Ｔ２の冷接点での吸
熱量をＱ、熱電素子の熱起電力をそれぞれη８およびη
ｂ、回路の内部抵抗をＲ、および熱伝導度をＧとすれば
、Ｉ２Ｒ／２＋Ｇ（Ｔ１−Ｔ２）なる熱量が冷接点に流
れることとなるので、ここでｉは熱電素子に流れる電流
で、Ｔ１は高温接点での絶対温度を表わす。
合せについてまず説明すると、パッケージ１と、外部回
路との接続端子２と、断熱材３と、半導体基板５を保持
する保持部材４と、ペルチエ効果を起させるための互い
に熱起電力の異なる金属または半導体である熱電素子６
および７と、熱電素子６および７に一定電流を流す定電
流源８と、放熱板１０とを有している。また、第１図に
おいて、半導体基板５を保持している保持部材４に接触
している熱電素子６および７の接触点が冷接点であり、
放熱板１０に接触している接触点が高温接点である。ま
た、定電流源８からの一定電流は矢印９の方向に流れる
。一般にペルチエ熱起電力は、絶対温度とその熱電素子
の熱起電力ηとの積で決まり、温度Ｔ２の冷接点での吸
熱量をＱ、熱電素子の熱起電力をそれぞれη８およびη
ｂ、回路の内部抵抗をＲ、および熱伝導度をＧとすれば
、Ｉ２Ｒ／２＋Ｇ（Ｔ１−Ｔ２）なる熱量が冷接点に流
れることとなるので、ここでｉは熱電素子に流れる電流
で、Ｔ１は高温接点での絶対温度を表わす。
となる。
また、系に供給する電力ｗはで、高温接点ではＷ＋Ｑの
熱量が外部に放散されることとなる。
熱量が外部に放散されることとなる。
したがつて、定電流源８にて一定電流を熱電素子６およ
び７に流すことによつて保持部材４を介して半導体基板
５を冷却することができる。
び７に流すことによつて保持部材４を介して半導体基板
５を冷却することができる。
断熱材３は、冷却効果がパツケージ１を介して失なわれ
ることのないように、パツケージ１と半導体基板５とを
熱的に遮断している。第１図においては、ペルチエ効果
を利用して半導体基板の温度を下げ、暗電流の絶対値を
固体撮像装置の出力信号に悪影響を与えない程度に抑え
ることができる。
ることのないように、パツケージ１と半導体基板５とを
熱的に遮断している。第１図においては、ペルチエ効果
を利用して半導体基板の温度を下げ、暗電流の絶対値を
固体撮像装置の出力信号に悪影響を与えない程度に抑え
ることができる。
伺、周囲温度変化や半導体基板の熱容量が大きいことな
どにより、冷却能力が不足する場合は複数の熱電素子を
吸熱点をそろえて半導体基板に接触させ、回路的には直
列接続してやればよい。第１図に示した装置においては
、定電流源８からの電流は常に一定であるので、周囲温
度によつては冷しすぎになることもあり得る。
どにより、冷却能力が不足する場合は複数の熱電素子を
吸熱点をそろえて半導体基板に接触させ、回路的には直
列接続してやればよい。第１図に示した装置においては
、定電流源８からの電流は常に一定であるので、周囲温
度によつては冷しすぎになることもあり得る。
これを解決するための手段を設けた本発明の実施例を第
２図に示す。第２図に示した実施例においては、半導体
基板に感温素子を設け、この感温素子の特性変化を検出
し、熱電素子に流す電流を制御することによつて、半導
体基板の温度を雰囲気温度に無関係に維持できるように
なつている。この実施例においては、感温素子としてダ
イオード１２を用いている。
２図に示す。第２図に示した実施例においては、半導体
基板に感温素子を設け、この感温素子の特性変化を検出
し、熱電素子に流す電流を制御することによつて、半導
体基板の温度を雰囲気温度に無関係に維持できるように
なつている。この実施例においては、感温素子としてダ
イオード１２を用いている。
ダイオード１２は電荷転送デバイス１８における固体撮
像素子の半導体基板上に設けられる。感温の原理として
はダイオード１２の順方向電圧の温度依存度を利用して
いる。ダイオード１２の順方向電圧の変動は演算増幅器
１５にて増幅され、定電流回路１６を制御することによ
つて熱電素子６および７に流す電流を温度に応じて変え
、冷接点１７を介して電荷転送デバイス１８中の半導体
基板の温度を一定に保たせることができる。抵抗器１３
および１４は演算増幅器１５の入力条件のバランスをと
るためのものである。第２図に示した実施例においては
、半導体基板を冷却して温度を一定に保つている（低温
保持）が、高温保持についても同様の考え方が適用でき
る。
像素子の半導体基板上に設けられる。感温の原理として
はダイオード１２の順方向電圧の温度依存度を利用して
いる。ダイオード１２の順方向電圧の変動は演算増幅器
１５にて増幅され、定電流回路１６を制御することによ
つて熱電素子６および７に流す電流を温度に応じて変え
、冷接点１７を介して電荷転送デバイス１８中の半導体
基板の温度を一定に保たせることができる。抵抗器１３
および１４は演算増幅器１５の入力条件のバランスをと
るためのものである。第２図に示した実施例においては
、半導体基板を冷却して温度を一定に保つている（低温
保持）が、高温保持についても同様の考え方が適用でき
る。
また、固体撮像素子も電荷転送素子だけでなく他の固体
撮像素子も使用でき、さらに感温素子としてもダイオー
ド以外も使用できることは明らかである。以上のように
、本発明の固体撮像装置によれば、周囲温度が上昇して
も、固体撮像素子の温度上昇を低く抑える、あるいは、
一定に保つことができるので、暗電流の変化を低く抑え
る、あるいは、一定に保つことができ、固体撮像素子と
して電荷転送素子を用いた場合には、暗電流をバイアス
チヤージとして動作させることによつて特性を改善する
ことも可能である。
撮像素子も使用でき、さらに感温素子としてもダイオー
ド以外も使用できることは明らかである。以上のように
、本発明の固体撮像装置によれば、周囲温度が上昇して
も、固体撮像素子の温度上昇を低く抑える、あるいは、
一定に保つことができるので、暗電流の変化を低く抑え
る、あるいは、一定に保つことができ、固体撮像素子と
して電荷転送素子を用いた場合には、暗電流をバイアス
チヤージとして動作させることによつて特性を改善する
ことも可能である。
本発明の固体撮像素子を複数個用いたカラーカメラ装置
においては、固体撮像素子の暗電流に起因する特性のバ
ランスをとることが極めて容易である。
においては、固体撮像素子の暗電流に起因する特性のバ
ランスをとることが極めて容易である。
第１図ａは本発明に係わる熱電素子と半導体基板との組
み合せを示す平面図、第１図ｂは第１図ａの線Ａ−Ａか
らの断面図、第２図は本発明の一実施例の温度制御部の
プロツク図である。 なお、図において、１・・・・・・パツケージ、２・・
・・・・外部接続端子、３・・・・・・断熱材、４・・
・・・・保持部材、５・・・・・・半導体基板、６，７
・・・・・・熱電素子、８・・・・・・定電流源、１０
・・・・・・放熱板、１２・・・・・・ダイオード（感
温素子）、１５・・・・・・演算増幅器、１６・・・・
・・定電流回路、１８・・・・・・電荷転送素子。
み合せを示す平面図、第１図ｂは第１図ａの線Ａ−Ａか
らの断面図、第２図は本発明の一実施例の温度制御部の
プロツク図である。 なお、図において、１・・・・・・パツケージ、２・・
・・・・外部接続端子、３・・・・・・断熱材、４・・
・・・・保持部材、５・・・・・・半導体基板、６，７
・・・・・・熱電素子、８・・・・・・定電流源、１０
・・・・・・放熱板、１２・・・・・・ダイオード（感
温素子）、１５・・・・・・演算増幅器、１６・・・・
・・定電流回路、１８・・・・・・電荷転送素子。
Claims (1)
- １ 固体撮像素子を用いた固体撮像装置において、光電
変換作用をする半導体基板を保持する第一の部材と、前
記第一の部材に接触されかつ互いに電気的に導通するよ
うに接触された熱起電力の異なる複数個の熱電素子と、
該複数個の熱電素子のそれぞれ他の一端を接触された放
熱効果のよい第二の部材と、該半導体基板の温度を検知
する温度検知手段と、該温度検知手段の出力に応じて前
記熱電素子に流す電流を制御する電流制御回路とを具備
したことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57097323A JPS593069B2 (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57097323A JPS593069B2 (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | 固体撮像装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50057018A Division JPS51132720A (en) | 1975-05-14 | 1975-05-14 | Solid image-pickup device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5817791A JPS5817791A (ja) | 1983-02-02 |
| JPS593069B2 true JPS593069B2 (ja) | 1984-01-21 |
Family
ID=14189270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57097323A Expired JPS593069B2 (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS593069B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4551760A (en) * | 1983-09-16 | 1985-11-05 | Rca Corporation | Television camera with solid-state imagers cooled by a thermal servo |
| US4551762A (en) * | 1984-01-18 | 1985-11-05 | Rca Corporation | Dark-current level regulation in solid-state devices |
| JPH11345956A (ja) * | 1998-03-16 | 1999-12-14 | Canon Inc | 撮像装置 |
-
1982
- 1982-06-07 JP JP57097323A patent/JPS593069B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5817791A (ja) | 1983-02-02 |
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