JPH0516709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 この発明は固体撮像器（固体イメージヤ）例え
ばCCD撮像器を含むカメラに関する。

固体撮像器を持つ可搬テレビジヨンカメラが市
場に現れて来た。このカメラは極めて頑丈で固有
の劣化機構がないという大きな利点があるが、通
常のビデイコン管に比較すると、感光面の個別感
知部に原因する低解像度と、固体撮像器に特有の
機構による無用のノイズの発生のような若干の欠
点がある。このノイズ機構には光のないときでも
信号として生ずる温度依存黒レベル漏洩電流が含
まれ、この温度依存性ノイズ源によるノイズすな
わち熱的ノイズの問題は、動作中に撮像器とその
支援回路の周囲の空気温度より30゜も高い温度を
生じさせることのある電力消費をすることにより
悪化している。

〔発明の概要〕

この発明の様相は特許請求の範囲に記載されて
いる。

〔詳細な説明〕

第１図において、レンズ１０は被写体（図示せ
ず）からの可視光を集束し、回転シヤツタ１２を
通つて色分割プリズム１４に送り、プリズム１４
はその光をその色に従つて分割して赤(R)撮像器１
６、緑(G)撮像器１８および青(B)撮像器２０に印加
する。撮像器１６、１８、２０は例えばフイール
ド転送型の固体CCD撮像器である。ブロツク２
２で示すクロツク発生器は各撮像器のプルダウン
（こま送り）および信号転送の制御用の多相クロ
ツク信号を供給する。Ｒ、Ｇ、Ｂの各撮像器はそ
れぞれ前置信号増幅器２４、２６、２８に結合さ
れ、それからの信号を増幅してブロツク３０、３
２、３４で示す処理回路にそれぞれ供給する。処
理にはシエージング、脱落補正、ガンマ補正、ク
ランピング等を含み得る普通のカメラ信号処理が
含まれる。処理された信号は回路３６、３８、４
０に印加され、同期およびブランキング信号を挿
入されＲ、Ｇ、Ｂのベースバン映像信号となり、
利用回路（図示せず）に印加される。

このＲ、Ｇ、Ｂ信号はまたマトリツクス４２に
印加され、公知のようにしてＹ、Ｉ、Ｑの各信号
を生成する。信号Ｉ、Ｑは低域濾波器４４、４６
を介してブロツク４８で示す変調器に印加され、
副搬送波発生器５０から供給される副搬送波を公
知のように変調する。副搬送波を変調した色信号
は加算器５２でＹ信号と加算され、合成カラーテ
レビジヨン信号を生成する。

緑撮像器１８にはブロツク６０で示す熱電冷却
器等の冷却器とその付属回路が熱的に結合されて
いる。第７図について後述するように、赤および
青の撮像器１６、２０にも冷却器（図示せず）を
熱的に結合することもできるし、青撮像器２０だ
けに冷却器を結合することもできる。

第２図は撮像器１８に対する取付構体の斜視図
で、プラスチツクまたはセラミツクの基材２１０
を主構体支持具とし、導熱性（金属）キヤツプ２
１２の下に熱電冷却器（見えない）があつて熱を
撮像器からキヤツプ２１２の頂部２１４の方に吸
取つている。キヤツプ２１２の頂部２１４には銅
リボン２１６のような導熱性リボン材料が熱的に
接合されて、熱をキヤツプから熱シンク（図示せ
ず）に追出すのを助けている。撮像器は通常の電
気結線には繊細に過ぎる集積回路チツプとして形
成され、全体を２２０で示す電気接触ピン列がこ
の撮像器に接続されていると同時にソケツトに対
する便利な電気接続を与える。リボン２１６はソ
ケツトとの接続に邪魔にならぬように配向すれば
よい。

第３図は構体２００を一部切除してさらに詳示
したもので、第３図ｃではリボン２１６がキヤツ
プ頂部２１４に対して平坦に配置され、熱的接触
を良くしていることが判る。全体を３１０で表し
た熱電冷却器は、キヤツプ頂部２１４の内面に当
る上部熱板３１２と冷却すべき表面に当る下部熱
板３１４を含み、熱板３１２、３１４の間に挿入
された半導体材料３１６が、直流電流により公知
のようにして電気的に励起されると、熱板３１４
から熱板３１２へ熱を転送する。撮像器（第３図
では見えない）の感光部に光が達するように透明
窓３２０が取付けられている。

第４図は第３図ｂに相当する断面図で、冷却器
と窓に対する撮像器チツプの関係が見られる。第
４図において、ガラス薄板４１２に接合された薄
い撮像器チツプ４１０が冷却される熱板３１４に
熱的に接合されると共に、多数の接合用金属線
（２本だけ４１４、４１６で示す）によりピン２
２０に電気的に接続されている。窓３２０はその
開口部４５０を閉じて撮像器を取付ける密閉空間
を形成するように４２０で示すガスケツト用接着
剤によつて本体２１０に接着されている。ガラス
板４１２と本体２１０の間には機械的な接触がな
く、薄い撮像器４１０と本体２１０の間の唯一の
接続は接合用金属線４１４によるものであること
が判る。接合用金属線は直径が極めて小さく、そ
の直径に比し長いから、著しい熱抵抗を有する。
このため撮像器４１０と窓３２０または本体２１
０との間の熱抵抗は極めて高く、これに対し撮像
器４１０と冷却される熱板３１４との間の熱抵抗
は極めて低い。窓３２０は撮像器４１０の中心か
ら偏倚していて、感光用に選ばれたレジスタであ
るＡレジスタ上に光を投射するようになつてい
る。第４図にはまたキヤツプ２１２の開孔を通つ
て熱電冷却器３１６に励起電流を流す１対の導電
線４３０で示されている。この線４３０が通る開
孔は４３２で示すエポキシ樹脂で封止されてい
る。

キヤツプ２１２と窓３２０の間に形成された撮
像器を収容する空間は乾燥ガスが満たされてい
る。このガス中には水分がないため撮像器４１０
やガラス板３１４が冷却されたときの結露が防止
される。使用するガスは撮像器４１０と窓３２０
の間の熱抵抗が大きくなるように熱伝導度が低い
ことが望ましい。熱と電気の伝導度の低いガスは
公知で、例えばフレオンの名で市販されているハ
ロゲン化炭素や弗化炭素が適している。

プラスチツクまたはセラミツクの基材２１０は
その長さや幅に比して薄く、金属キヤツプ２１２
と窓３２０の間にキヤツプから窓へ熱を伝えるに
充分な低い熱抵抗を与える。

このように熱伝導度の低い乾燥ガスは（細い接
合用金属線４１４、４１６と共に）冷却された撮
像器の感光面と金属キヤツプとの間に比較的低熱
伝導度の径路を与え、基材２１０を介するキヤツ
プから窓への比較的短い径路が冷却器３１０の高
温面から窓３２０への比較的高熱伝導度の径路を
与える。

第５図はこの発明の構造の理解を助けるため一
部切除した全構体を示す。

第６図は第４図の構体を製造するこの発明の組
立て工程を示す。第６図ａでは、ガラス板４１２
に接合された薄い撮像器４１０が基材２１０の段
上に置かれた弾力性ガスケツト６１０の上に置か
れている。撮像器はその背面とガラス板４１２に
対向する感光面の間の熱抵抗を減じるために厚さ
が薄くなつている。薄くすると青色の感度も向上
する。第６図ｂは撮像器４１０の適当な点と基材
２１０の対応する接触部の間の金属線接続を示
す。第６図ｃは熱電冷却器３１０を収容したキヤ
ツプ２１２を、導熱バス３１４が撮像器４１０に
圧迫され、そのため撮像器４１０をガラス板４１
２に圧迫されてガスケツト６１０を若干圧縮する
ように、第６図ｂの構体に接合したところを示
す。第６図ｄはガスケツト６１０を窓の開口部４
５０から引出して除去したところを示す。第６図
ｅは窓３２０を開口部４５０を覆う様に固定して
密閉空間を形成した構体を示す。窓３２０の取付
け後キヤツプの小孔を介してその空間を排気し、
代りに乾燥ガスを注入してこれを満たしても、ま
た構体をガス雰囲気内において窓を取付けてもよ
い。

第７図は熱サーボの制御駆動回路をブロツク図
で示す。第７図において、フレーム転送撮像器の
出力Ｃレジスタの一部と出力増幅器領域は表面７
１０で囲まれた領域内に示されている。CCD撮
像器の各種ゲートはOG、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３で示
されている。これらのゲートは第１図の発生器２
２からの多相クロツク信号によつて駆動され、Ｐ
−型領域のウエル内の信号表示電荷をそのＰ−型
領域とＮ＋型領域の間の接合で示された出力ダイ
オード領域の方に移動させる。ゲート接続は公知
であり、この発明の中心事項でないので詳示しな
い。Ｃレジスタの右端には全体を７１２で示す出
力増幅器があり、左端には全体を７１４で示す出
力増幅器がある。この撮像器は２つの出力増幅器
で作られ、駆動クロツク信号の位相を調節するこ
とにより信号をどちらの向きにもクロツキングし
て、特殊効果として画像の左右を反転したり、光
路中の鏡の効果を補償したりすることもできる。
通常は一方の出力増幅器だけを用い、他方は外界
に接続するように接合されていない。第７図の回
路配置では、信号出力が出力増幅器７１２からと
られるが、その増幅器には種々のクロツク信号が
印加されて信号をダイオード７１１から出力端子
７１８に転送し、さらに処理するようにする。出
力増幅器７１４のＸで示す若干の接続部は接合動
作中に接合されない。この接合動作中に出力増幅
器７１４の２ゲート電界効果トランジスタ
（FET）の両ゲートは共にドレインと接合され、
これによつて出力端子７２２とＮ＋型領域７２４
の間に接合ダイオードが形成される。FET７２
０から形成される接合ダイオードは撮像器４１０
に熱的に結合されて、チツプの残部と同じ温度
か、それから偏倚した一定の温度かに留まる。こ
のため、通常使用しないダイオード接続FET７
２０を感温素子として用いて撮像器チツプの温度
を感知し、温度制御熱帰還ループまたはサーボの
動作を助けることができる。出力増幅器７１４を
信号の取扱いに用いると、当然増幅器７１２の
FET７１９が温度感知用の接合ダイオードとし
て接合される。

接合ダイオードはこれを電流が流れないとき顕
著な電圧を生じないから、温度依存感知電圧の生
成には温度感知用ダイオード７２０に電流が流れ
る必要がある。しかし、ダイオード接続のFET
を流れる電流は撮像器の感知領域に光表示電荷の
発生を混乱させることが発見されていた。しか
し、またダイオード内に電流を注入すると、感光
領域から出力レジスタへの電荷の転送を混乱させ
ないことも発見された。従つて端子７２２はＢ＋
電源端子に結合された可制御高インピーダンス電
流源７３０に接続され、撮像器のプルダウン期間
中ダイオード接続FET７２０にＢ＋から電流を
供給するようになつている。電流源７３０は垂直
ブランキング期間中の一般にプルダウン期間に対
応する約800μsの期間導通するように、同期信号
発生器５４からの同期信号により制御される。適
当な感知電圧を生成するため充分な電流を流す必
要があるが、周囲のチツプよりダイオードの温度
を著しく上昇されるほどであつてはならない。こ
の場合は約100μAの電流が適当なことが判つてい
る。ダイオードに特定の電流を流すと、端子７２
２と大地の間に温度に依存する電圧が現れ、比較
器または増幅器７３２によつて基準電圧と比較さ
れる。第７図において、比較器７３２は感知電圧
を接地電圧と比較する。

引下げ期間に続く積分期間中に、電流源７３０
が遮断されるため、感知電圧は零まで低下する。
このため比較器７３２の生成する誤差電圧は零に
なる。この誤差電圧を７４０〜７４４で示される
熱電冷却器の直接制御に用いると、各冷却器は低
い衝撃係数（80016600＝0.48）で励起されるた
め、適正な動作温度を維持するには冷却器のピー
ク駆動電流を高くする必要があるが、このように
高いピーク電流は特に電源が電池の可搬カメラに
は不利である。冷却器のピーク駆動電流を低く保
つために、比較器７３２の出力に７４６で示すサ
ンプル・アンド・ホールド回路（Ｓ＆Ｈ）が結合
され、プルダウン期間中開かれて次の積分期間中
の誤差電圧を記憶し、電力増幅器７４８を動作さ
せて熱電冷却器７４０〜７４４を一定電流で駆動
する。サンプル・アンド・ホールド回路７４６の
ゲートパルスは同期信号発生器５４の出力に結合
されてプルダウン期間の始点で無安定状態にトリ
ガされ、プルダウン期間が始まつた後400μsのパ
ルスを生成する400μs無安定マルチバイブレータ
７５０と、そのパルスでトリガされてサンプル・
アンド・ホールド回路７４６をトリガする5μS無
安定マルチバイブレータ７５２の縦続回路で発生
される。

熱電冷却器７４４はこれと撮像器４１０の熱結
合を表わすブロツク７６０に囲まれている。従つ
て熱サーボループは電送すべき被写体からの光の
緑成分を受けるように結合された撮像器４１０の
温度を制御する。赤と青の撮像器に付随する熱電
冷却器７４０、７４２は冷却器７４４と電気的に
直列接続されている。この直列接続は熱電冷却器
の電気抵抗が比較的低いため有利である。冷却器
のインピーダンスが高いときは、当業者に自明の
ように並列または直列接続の方が有利なこともあ
る。

この発明のその他の実施例は当業者に自明であ
る。例えば、緑または輝度応答撮像器を冷却し、
碁盤目または縞状色フイルタを有する１つの非冷
却撮像器を公知のようにして赤と青に応動するよ
うにすることもできる。また赤と青の双方に応動
する１つの碁盤目状フイルタ付き撮像器を緑チツ
プ温度を制御する熱サーボによつて開路冷却する
こともできる。弾力性ガスケツトは引張らずに熔
融で除去し得るパラフインその他の物質で作るこ
ともでき、また非腐蝕性溶剤で除去し得る可溶性
物質で作ることもできる。温度感知素子は撮像器
のチツプ内に上述のように形成されたダイオード
であつても、またダイオードより抵抗温度特性が
直線的な抵抗のような他の素子であつてもよい。
その上、その温度感知素子は撮像器の外部でその
チツプに取付けられて温度を感知するものでもよ
いが、このような外部感知器は余分な組立て作業
を追加する必要があるだけでなく、チツプ温度の
変化に対する感度が低くなるため不利である。

さらに、青撮像器だけに、または他の撮像器の
他に特に青撮像器に冷却器を結合して、特に光強
度の小さい状態における青撮像器の信号対ノイズ
比を改善することもできる。また上述の熱サーボ
にその青撮像器とその冷却器を関連させることが
好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラーテレビジヨンカメラのブロツク
図、第２図はこの発明による撮像器用構体の斜視
図、第３図、第４図、第５図は撮像器の組立てを
示す各種切除図、第６図は冷却式撮像器の組立て
順序を示す断面図、第７図は温度を制御する熱サ
ーボのブロツク図である。 ６……冷却手段、１６，２０……第２の撮像手
段、１８……第１の撮像手段、６０……冷却手
段、７２０，７３０……温度感知手段、５４，７
３２，７４６，７４８，７５０，７５２……冷却
手段の制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体からの可視光に応答して上記被写体を
   表わす画像信号を生成する感光面を有する固体撮
   像手段と、 繰返し生ずるフイールド期間中に上記感光面に
   発生した画像信号が、上記フイールド期間相互間
   に間挿された繰返し転送期間中に、上記感光面か
   ら転送されるように、上記撮像手段を制御する同
   期手段と、 上記撮像手段に結合されていて、上記撮像手段
   を冷却して上記画像信号中の熱的ノイズを低減す
   る熱電冷却手段と、 上記撮像手段に熱的に結合されていて、感知し
   た上記撮像手段の温度を表わす信号を生成する温
   度感知手段と、 上記感知した温度を表わす信号に応動して上記
   撮像手段の温度を所望のレベルに維持するように
   上記熱電冷却手段を制御する制御手段と、を具備
   し、 上記感知手段は、上記同期手段の出力に応動し
   て上記繰返し転送期間中に上記感知した温度を表
   わす信号を生成するものである、 テレビジヨンカメラ。 ２ 上記温度感知手段は、上記固体撮像手段と一
   体化された固体感温素子を有するものである、特
   許請求の範囲第１項に記載のテレビジヨンカメ
   ラ。 ３ 上記温度感知手段は、更に、上記同期手段の
   出力に応動して上記転送期間中に上記感温素子に
   所定の電流を注入する電流源を有し、この電流源
   が上記フイールド期間中上記素子から切離される
   ように構成された、特許請求の範囲２項に記載の
   テレビジヨンカメラ。 ４ 上記温度感知手段は、更に、基準信号の信号
   源と、上記感知した温度を表わす信号として上記
   基準信号と上記感温素子が生成した信号との間の
   差を表わす差信号を生成する比較器と、を含んで
   成り、上記制御手段は上記差信号に従つて上記冷
   却手段を制御するものである、特許請求の範囲３
   項に記載のテレビジヨンカメラ。 ５ 上記制御手段は、上記転送期間中に上記感知
   された温度を表わす信号をサンプリングし、上記
   フイールド期間中上記冷却手段の制御を維持する
   ための、サンプル・アンド・ホールド手段を有す
   るものである、特許請求の範囲４項に記載のテレ
   ビジヨンカメラ。