(57)【要約】【課題】画素部から読み出される画素信号を、光信号により高速伝送を可能とすると共に、光通信に起因する熱の影響を抑えた固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子１Ａは、光を電気信号に変換する画素部１０Ａと、画素部１０Ａが表面側に形成される基板１８と、基板１８の表面に配置され、画素部１０Ａから読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部１２Ａと、基板１８の裏面で、光通信部１２Ａの形成領域の下側と画素部１０Ａの形成領域の下側を覆う全体に配置され、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａで発生して基板１８を伝搬される熱を、冷却または放熱する冷却部２００Ａを備える。【選択図】        図１
2010093752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電気信号に変換する画素部と、
前記画素部が形成される基板と、
前記基板の前記画素部が形成される一方の面に配置され、前記画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、
前記基板の他方の面で、少なくとも前記光通信部の形成領域の下側に配置され、前記光通信部で発生して前記基板を伝搬される熱を、冷却または放熱する冷却部と
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
前記冷却部は、前記光通信部の形成領域の下側と前記画素部の形成領域の下側の両方を一体に覆う形状を有し、前記光通信部及び前記画素部で発生して前記基板を伝搬される熱を、冷却または放熱する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記光通信部及び前記画素部と前記冷却部を接続する熱伝導部が、前記基板を貫通して形成される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記基板の一方の面に、前記画素部からの信号の読み出しを制御する制御信号及び電源が供給される電極部を備え、
前記基板の他方の面の全体に前記冷却部を配置した
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記基板の他方の面に、前記画素部からの信号の読み出しを制御する制御信号及び電源が供給される電極部を備え、
前記基板の他方の面で前記電極部の形成位置を除く全体に前記冷却部を配置した
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記画素部の形成領域の下側に配置され、前記基板を伝搬される熱を自然冷却で放熱する放熱板を備え、
前記放熱板と前記冷却部が伝導部材で接続される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記基板の一方の面に、前記光通信部で発生する熱を冷却または放熱する冷却部を備えた
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項８】
単一または複数の前記光通信部が、前記画素部の周囲で前記基板の周辺部に集合して配置され、前記冷却部は、集合配置された前記光通信部の形成領域の下側に配置される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項９】
単一の前記光通信部が、前記画素部の周囲で前記基板の周辺部に分散して配置され、前記冷却部は、分散配置された前記光通信部の形成領域の下側に配置される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
複数の前記光通信部が、前記画素部の周囲で前記基板の周辺部に分散して集合配置され、前記冷却部は、分散集合配置された前記光通信部の形成領域の下側に配置される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
入射された光を電気信号に変換する固体撮像素子及び前記固体撮像素子に光を入射させる光学素子を有した光学装置と、
前記光学装置が接続される信号処理装置を備え、
前記固体撮像素子は、
光を電気信号に変換する画素部と、
前記画素部が形成される基板と、
前記基板の前記画素部が形成される一方の面に配置され、前記画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、
前記基板の他方の面で、少なくとも前記光通信部の形成領域の下側に配置され、前記光通信部で発生して前記基板を伝搬される熱を、冷却または放熱する冷却部とを備えた
信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の像を電気信号に変換する固体撮像素子及びこの固体撮像素子を備えた信号処理システムに関する。詳しくは、固体撮像素子から読み出される画素信号を、光信号で出力できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
入射された光の像を電気信号に変換して出力する固体撮像素子は、イメージセンサから読み出された電気信号を、ワイヤボンディング等の電気配線を利用して外部へ出力している。このような固体撮像素子では、イメージセンサが形成された信号処理デバイスの下面にペルチェ素子を備えて、イメージセンサを冷却できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、回路基板の高速化、高集積化が進み、信号遅延、ＥＭＩの発生等の問題への対応が急務になってきている。電気配線により問題になっていた信号遅延、信号劣化、及び配線から放射される電磁干渉ノイズについて解決され、かつ高速伝送が可能である光配線技術が注目されている。
【０００４】
このような光配線技術を利用して、カメラ本体部に着脱可能に構成されたレンズに固体撮像素子を備えると共に、固体撮像素子から出力される信号を光でカメラ本体部に伝達できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９１４６５号公報
【特許文献２】特開２００６−１９６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、イメージセンサから読み出された電気信号を、ワイヤボンディング等の電気配線を利用して外部へ出力するため、信号の高速伝送化に伴って、電磁ノイズの影響等による信号の劣化が増大する。
【０００７】
これに対して、光配線技術を利用することで、固体撮像素子から出力される信号の高速伝送が可能である。一方、光配線技術で利用される発光素子は熱を発生する。しかし、特許文献２に記載の技術では、固体撮像素子が実装されている基板に発光素子が実装される構成が開示されるのみで、発光素子の冷却に関する技術は記載されていない。これにより、発光素子から発生する熱が固体撮像素子に与える影響について考慮することができない。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、画素部から読み出される画素信号を、光信号により高速伝送を可能とすると共に、光通信に起因する熱の影響を抑えた固体撮像素子及び信号処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、光を電気信号に変換する画素部と、画素部が形成される基板と、基板の画素部が形成される一方の面に配置され、画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、基板の他方の面で、少なくとも光通信部の形成領域の下側に配置され、光通信部で発生して基板を伝搬される熱を、冷却または放熱する冷却部とを備えたものである。
【００１０】
本発明の信号処理システムは、上述した固体撮像素子を備えるものである。すなわち、入射された光を電気信号に変換する固体撮像素子及び固体撮像素子に光を入射させる光学素子を有した光学装置と、光学装置が接続される信号処理装置を備え、固体撮像素子は、光を電気信号に変換する画素部と、画素部が形成される基板と、基板の画素部が形成される一方の面に配置され、画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、基板の他方の面で、少なくとも光通信部の形成領域の下側に配置され、光通信部で発生して基板を伝搬される熱を、冷却または放熱する冷却部とを備えたものである。
【００１１】
本発明では、画素部に光が入射することで光電変換された電気信号が読み出され、光通信部に入力された電気信号は光信号に変換され、信号光が出力される。光通信部で発生した熱は、光通信部直下に配置される冷却部に基板を通して伝搬され、冷却または放熱される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画素部が形成される基板の一方の面に光通信部を配置すると共に、画素部の裏面となる基板の他方の面に冷却部を配置した。基板の表面に画素部及び光通信部と、信号の読み出しに関する処理部や信号配線等を形成することで、基板の裏面には、光通信部の配置等に応じて所望の冷却効率が得られる冷却部を配置することができる。
【００１３】
これにより、基板表面側の光通信部で発生した熱を、基板裏面側の広い面積を利用した冷却部で効率良く冷却することができる。また、基板の裏面全体に冷却部を配置すれば、画素部の形成領域の下側に冷却部が配置されるので、画素部を均一に冷却することができ、画素特性を揃えることができる。
【００１４】
また、冷却部の配置の自由度が向上するので、光通信部を集合させて配置し、一括して冷却する方式や、光通信部を分散させて配置し、熱の発生源を分散させて冷却する方式等、様々な冷却方式を採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像素子、固体撮像素子を備えた光学装置、光学装置が接続される信号処理装置、光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの実施の形態について説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態の固体撮像素子の構成例＞
図１は、第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図、図２は、第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す模式的な平面図である。また、図３は、各実施の形態における固体撮像素子を実現する機能の一例を示す機能ブロック図である。
【００１７】
第１の実施の形態の固体撮像素子１Ａは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサで構成される。固体撮像素子１Ａは、光を電気信号に変換して出力する画素部１０Ａを備える。画素部１０Ａは、光を電気に変換する画素が２次元または１次元に配列され、入射された光ＬＩの強度に応じた電気信号が出力される。
【００１８】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａから出力される電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１Ａと、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル化された電気信号を、光信号に変換して出力する光通信部１２Ａを備える。
【００１９】
光通信部１２Ａは、電気信号を光信号に変換する光出力部を、１個または複数備える。光通信部１２Ａは、光出力部の第１の実施の形態として、電圧の印加で発光する例えば半導体レーザ（ＬＤ）等の自発光型の発光素子を有する。半導体レーザ等の発光素子は、印加される電圧の変化等による電気信号で光の変調が可能である。これにより、光通信部１２Ａは、自発光する光を、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号に基づき変調することで、画素部１０Ａから読み出される画素データに基づく信号光Ｌｓを出力する。
【００２０】
また、光通信部１２Ａは、光出力部の第２の実施の形態として、外部から入力されて透過または反射する光を、電圧の変化等による電気信号に基づいて外部変調する光変調器を有する。光通信部１２Ａでは、外部からの一定の光が光変調器入力されると共に、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号が光変調器に入力される。これにより、光通信部１２Ａは、外部から入力された光を、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから入力された電気信号に基づいて変調することで、画素部１０Ａから読み出される画素データに基づく信号光Ｌｓを出力する。
【００２１】
固体撮像素子１Ａは、動作モードに応じた駆動クロック（ＣＬＫ）を生成し、画素部１０Ａ、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ及び光通信部１２Ａの各機能ブロックに供給するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３Ａを備える。また、固体撮像素子１Ａは、制御信号等の入出力が行われる制御Ｉ／Ｏ１４Ａと、電源を供給するＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、画素データの読み出しを制御する制御部１６Ａを備える。制御部１６ＡとＤＣ−ＤＣ部１５Ａとタイミングジェネレータ１３Ａは、バス１７に接続されて、制御信号やデータの送受が行われる。
【００２２】
制御部１６Ａは、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａを制御して、固体撮像素子１Ａの電源のオンとオフを切り替える。また、制御部１６Ａは、駆動クロックをタイミングジェネレータ１３Ａで生成して画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａに供給し、駆動クロックに同期させて画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａを動作させる。
【００２３】
画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａは、タイミングジェネレータ１３Ａから供給される駆動クロックで、信号の入出力を同期させる。画素部１０Ａでは、入射される光の像に応じた画素データが、電気信号として読み出される。Ａ／Ｄ変換部１１Ａでは、画素部１０Ａから読み出された画素データが入力され、ディジタル信号に変換されて出力される。光通信部１２Ａでは、画素部１０Ａから読み出され、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号が入力され、画素データに基づく光信号に変換されて、信号光Ｌｓが出力される。
【００２４】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａと、Ａ／Ｄ変換部１１Ａと、光通信部１２Ａと、タイミングジェネレータ１３Ａと、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、制御部１６Ａが、シリコン（Ｓｉ）で構成される基板１８上に集積形成される。固体撮像素子１Ａは、半導体の製造プロセスを利用してこれら構成要素が集積形成されて１チップ化されている。
【００２５】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の一方の面に画素部１０Ａが形成される。画素部１０Ａは、基板１８の一方の面側から光が入射される。また、固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａとの間で電気信号及び電源の入出力が行われるＡ／Ｄ変換部１１Ａと、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、制御部１６Ａが、基板１８の一方の面に形成される。更に、固体撮像素子１Ａは、光通信部１２Ａが基板の一方の面に形成される。
【００２６】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の表面に各処理部が配置され、電気による信号伝送が全て基板１８の表面側で行われる。固体撮像素子１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａの出力に光通信部１２Ａが配置され、Ａ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａが信号配線１８０で接続される。これにより、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号が電気信号で伝送される配線長を短くする。
【００２７】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａから電気信号で読み出された画素信号が、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換され、信号配線１８０で光通信部１２Ａに供給される。固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａから読み出された画素信号が、光通信部１２Ａで信号光Ｌｓに変換されて出力される。
【００２８】
これにより、固体撮像素子１Ａは、ディジタル信号に変換された画素信号が伝送されるデータ線が、光通信による伝送チャネルで実現され、信号伝送の高速化が可能となる。例えば、画素信号に同期信号とクロック信号が重畳されてシリアル化されたディジタル信号を生成することで、光による信号伝送を１本のチャネルで行うことが可能となる。また、シリアル化された画素信号とクロック信号を独立したチャネルで伝送する構成では、光による信号伝送を、複数（２本）のチャネルで行うことが可能となる。
【００２９】
一方、固体撮像素子１Ａでは、基板１８の表面に制御Ｉ／Ｏ１４Ａと接続される電極部である電極パッド１４０Ａが形成される。固体撮像素子１Ａは、画素信号を光通信で伝送するため、画素信号を電気信号で外部へ伝送するための電極パッドは不要となる。このため、電極パッド１４０Ａは少なくとも電源線とＧＮＤ線と制御線の３本で構成される。
【００３０】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の裏面全体に冷却部２００Ａを備える。冷却部２００Ａは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生して基板１８に伝搬された熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を自然冷却する機能を有する。また、ファン等により光通信部１２Ａ等を強制冷却する機能を有しても良い。
【００３１】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の表面に各処理部を形成すると共に、信号伝送も基板１８の表面側で行うことで、基板１８の裏面に処理部及び信号配線が配置されない構成とした。冷却部２００Ａは、例えば、基板１８と同じ形状、または、固体撮像素子１Ａの実装形態等に応じて基板１８の周辺部から各辺が突出する形状で、基板１８の裏面全体に配置される。
【００３２】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の裏面全体に冷却部２００Ａが配置されることで、光通信部１２Ａの直下で光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体に冷却部２００Ａが配置される。また、基板１８の裏面全体に冷却部２００Ａが接触することで、光通信部１２Ａの直下の位置でも、光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体で冷却部２００Ａと基板１８が接触している。
【００３３】
光通信部１２Ａで発生した熱は、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬される。光通信部１２Ａの直下で基板１８と冷却部２００Ａが接触しているので、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬された熱は、基板１８から光通信部１２Ａの直下の冷却部２００Ａへ伝搬される。
【００３４】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板裏面側の冷却部２００Ａに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００３５】
また、画素部１０Ａの直下にも冷却部２００Ａが配置され、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成領域の全体が冷却部２００Ａと接触している。これにより、画素部１０Ａで発生して基板１８に伝搬された熱が、画素部１０Ａの形成領域の全面から冷却部２００Ａに伝搬される。従って、画素部１０Ａを均一に冷却、あるいは放熱することができ、画素特性を揃えることができる。
【００３６】
＜第１の実施の形態の固体撮像素子の変形例＞
図４は、第１の実施の形態の固体撮像素子の第１の変形例を示す模式的な側面図である。第１の実施の形態の第１の変形例の固体撮像素子１Ｂは、第１の実施の形態の固体撮像素子１Ａと同様に、画素部１０Ａと光通信部１２Ａ等の各処理部が基板１８の表面側に配置される。また、冷却部２００Ａが基板１８の裏面全体に配置される。
【００３７】
固体撮像素子１Ｂは、基板１８の表面に形成された光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと、基板１８の裏面に形成された冷却部２００Ａを接続する熱伝導部２１１Ａを備える。熱伝導部２１１Ａは、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａの下部から基板１８にスルーホールが形成され、基板１８に形成されたスルーホールを、熱伝導性の高い材質でメタライズすることで構成される。
【００３８】
固体撮像素子１Ｂは、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと、冷却部２００Ａが熱伝導部２１１Ａと接触することで、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと冷却部２００Ａが熱的に接続されている。
【００３９】
ここで、光通信部１２Ａは、熱源の直下に１本または熱源の直下を含めて複数本の熱伝導部２１１Ａが形成されて、冷却部２００Ａと接続される。一方、画素部１０Ａは、形成領域の全体に例えば均一になるような配置で複数本の熱伝導部２１１Ａが形成されて、冷却部２００Ａと接続される。
【００４０】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、熱伝導部２１１Ａで基板裏面側の冷却部２００Ａに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。また、画素部１０Ａで発生した熱を、基板裏面側の冷却部２００Ａに効率良く伝搬でき、画素部１０Ａの冷却効率を均一に上げることができる。
【００４１】
図５は、第１の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な側面図、図６は、第１の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な平面図である。第１の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子１Ｃは、基板１８の表面側で光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ａを備える。
【００４２】
冷却部２１０Ａは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生した熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を自然冷却する機能を有する。冷却部２１０Ａは、光通信部１２Ａが、発光素子として面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である上面を除く周囲を囲む構成とする。また、発光素子として端面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び３側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である１の側面を除く周囲を囲む構成とする。ここで、光通信部１２Ａの周囲で、画素部１０Ａと対向する基板１８の内側を向いた面には、冷却部２１０Ａが形成されるように構成される。なお、冷却部２１０Ａは、ファン等により光通信部１２Ａを強制冷却する機能を有しても良い。
【００４３】
光通信部１２Ａで発生した熱は、光通信部１２Ａから冷却部２１０Ａに伝搬され、光通信部１２Ａで発生した熱の一部が冷却部２１０Ａから基板１８の外部へ放熱される。光通信部１２Ａで発生した熱の残部は、基板１８に伝搬される。光通信部１２Ａの直下で基板１８と冷却部２００Ａが接触しているので、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬された熱は、基板１８から光通信部１２Ａの直下の冷却部２００Ａへ伝搬される。
【００４４】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板表面側の冷却部２１０Ａで放熱できるとともに、基板裏面側の冷却部２００Ａに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００４５】
図７は、第１の実施の形態の固体撮像素子の第３の変形例を示す模式的な側面図である。第１の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子１Ｄは、基板１８の表面側で光通信部１２Ａの周囲に上述した冷却部２１０Ａを備える。また、基板１８の表面に形成された冷却部２１０Ａと、基板１８の裏面に形成された冷却部２００Ａを接続する熱伝導部２１１Ａを備える。ここで、熱伝導部２１１Ａは、画素部１０Ａと冷却部２００Ａも接続する。
【００４６】
固体撮像素子１Ｄは、光通信部１２Ａの下面に形成された冷却部２１０Ａが熱伝導部２１１Ａで基板裏面の冷却部２００Ａと接続される。これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、冷却部２１０Ａから熱伝導部２１１Ａで基板裏面側の冷却部２００Ａに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００４７】
＜第２の実施の形態の固体撮像素子の構成例＞
図８は、第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図、図９は、第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す基板表面の模式的な平面図、図１０は、第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【００４８】
第２の実施の形態の固体撮像素子１Ｅは、図３に示す画素部１０Ａ及び光通信部１２Ａ等の各処理部が、基板１８の表面に配置され、各処理部間での電気による信号伝送が基板１８の表面側で行われる。固体撮像素子１Ｅは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａの出力に光通信部１２Ａが配置され、Ａ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａが信号配線１８０で接続される。これにより、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号が電気信号で伝送される配線長を短くする。
【００４９】
固体撮像素子１Ｅは、画素部１０Ａから電気信号で読み出された画素信号が、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換され、光通信部１２Ａで信号光Ｌｓに変換されて出力される。これにより、固体撮像素子１Ｅは、ディジタル信号に変換された画素信号が伝送されるデータ線が、光通信による伝送チャネルで実現され、信号伝送の高速化が可能となる。
【００５０】
一方、固体撮像素子１Ｅでは、基板１８の裏面に制御Ｉ／Ｏ１４Ａと接続される電極パッド１４０Ｂが形成される。固体撮像素子１Ｅは、画素信号を光通信で伝送するため、画素信号を電気信号で外部へ伝送するための電極パッドは不要となる。このため、電極パッド１４０Ｂは少なくとも電源線とＧＮＤ線と制御線の３本で構成される。
【００５１】
電極パッド１４０Ｂは、基板１８に形成された図示しない貫通電極により、基板表面側の処理部と接続される。電極パッド１４０Ｂの形成位置は、基板１８の裏面で例えば一の辺部に沿った範囲とする。ここで、電極パッド１４０Ｂの形成位置として、光通信部１２Ａの直下及び画素部１０Ａの直下の領域は避ける。これにより、基板１８の裏面で光通信部１２Ａの直下及び画素部１０Ａの直下には、信号配線等が配置されない構成とする。
【００５２】
固体撮像素子１Ｅは、基板１８の裏面に冷却部２００Ｂを備える。冷却部２００Ｂは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生して基板１８に伝搬された熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を冷却する機能を有する。また、ファン等により光通信部１２Ａ等を強制冷却する機能を有しても良い。
【００５３】
固体撮像素子１Ｅは、基板１８の表面に各処理部を形成すると共に、信号伝送も基板１８の表面側で行うことで、基板１８の裏面には電極パッド１４０Ｂ以外に処理部及び信号配線が配置されない構成とした。冷却部２００Ｂは、光通信部１２Ａの形成領域の裏面側及び画素部１０Ａの形成領域の裏面側の全体を覆い、かつ、電極パッド１４０Ｂの形成位置は避ける形状で、基板１８の裏面に配置される。
【００５４】
固体撮像素子１Ｅは、電極パッド１４０Ｂの形成位置を除く基板１８の裏面全体に冷却部２００Ｂが配置されることで、光通信部１２Ａの直下で光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体に冷却部２００Ｂが配置される。また、電極パッド１４０Ｂの形成位置を除く基板１８の裏面全体に冷却部２００Ａが接触することで、光通信部１２Ａの直下の位置でも、光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体で冷却部２００Ｂと基板１８が接触している。
【００５５】
光通信部１２Ａで発生した熱は、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬される。光通信部１２Ａの直下で基板１８と冷却部２００Ｂが接触しているので、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬された熱は、基板１８から光通信部１２Ａの直下の冷却部２００Ｂへ伝搬される。
【００５６】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板裏面側の冷却部２００Ｂに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００５７】
また、画素部１０Ａの直下にも冷却部２００Ｂが配置され、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成領域の全体が冷却部２００Ｂと接触している。これにより、画素部１０Ａで発生して基板１８に伝搬された熱が、画素部１０Ａの形成領域の全面から冷却部２００Ｂに伝搬される。従って、画素部１０Ａを均一に冷却、あるいは放熱することができ、画素特性を揃えることができる。
【００５８】
＜第２の実施の形態の固体撮像素子の変形例＞
図１１は、第２の実施の形態の固体撮像素子の第１の変形例を示す模式的な側面図である。第２の実施の形態の第１の変形例の固体撮像素子１Ｆは、基板１８の表面に形成された光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと、基板１８の裏面に形成された冷却部２００Ｂを接続する熱伝導部２１１Ａを備える。熱伝導部２１１Ａは、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａの下部から基板１８にスルーホールが形成され、基板１８に形成されたスルーホールを、熱伝導性の高い材質でメタライズすることで構成される。
【００５９】
固体撮像素子１Ｆは、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと、冷却部２００Ｂが熱伝導部２１１Ａと接触することで、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと冷却部２００Ｂが熱的に接続されている。
【００６０】
ここで、光通信部１２Ａは、熱源の直下に１本または熱源の直下を含めて複数本の熱伝導部２１１Ａが形成されて、冷却部２００Ｂと接続される。一方、画素部１０Ａは、形成領域の全体に例えば均一になるような配置で複数本の熱伝導部２１１Ａが形成されて、冷却部２００Ｂと接続される。
【００６１】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、熱伝導部２１１Ａで基板裏面側の冷却部２００Ｂに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。また、画素部１０Ａで発生した熱を、基板裏面側の冷却部２００Ｂに効率良く伝搬でき、画素部１０Ａの冷却効率を均一に上げることができる。
【００６２】
図１２は、第２の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な側面図、図１３は、第１の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す基板表面の模式的な平面図である。第２の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子１Ｇは、基板１８の表面側で光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ａを備える。
【００６３】
冷却部２１０Ａは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生した熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を冷却する機能を有する。冷却部２１０Ａは、上述したように、光通信部１２Ａの形態に応じて、発光面を除く周囲を囲む構成とする。また、光通信部１２Ａの周囲で、画素部１０Ａと対向する基板１８の内側を向いた面には、冷却部２１０Ａが形成されるように構成される。
【００６４】
光通信部１２Ａで発生した熱は、光通信部１２Ａから冷却部２１０Ａに伝搬され、光通信部１２Ａで発生した熱の一部が冷却部２１０Ａから基板１８の外部へ放熱される。光通信部１２Ａで発生した熱の残部は、基板１８に伝搬される。光通信部１２Ａの直下で基板１８と冷却部２００Ｂが接触しているので、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬された熱は、基板１８から光通信部１２Ａの直下の冷却部２００Ｂへ伝搬される。
【００６５】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板表面側の冷却部２１０Ａで放熱できるとともに、基板裏面側の冷却部２００Ｂに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００６６】
図１４は、第２の実施の形態の固体撮像素子の第３の変形例を示す模式的な側面図である。第２の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子１Ｈは、基板１８の表面側で光通信部１２Ａの周囲に上述した冷却部２１０Ａを備える。また、基板１８の表面に形成された冷却部２１０Ａと、基板１８の裏面に形成された冷却部２００Ｂを接続する熱伝導部２１１Ａを備える。ここで、熱伝導部２１１Ａは、画素部１０Ａと冷却部２００Ａも接続する。
【００６７】
固体撮像素子１Ｈは、光通信部１２Ａの下面に形成された冷却部２１０Ａが熱伝導部２１１Ａで基板裏面の冷却部２００Ｂと接続される。これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、冷却部２１０Ａから熱伝導部２１１Ａで基板裏面側の冷却部２００Ａに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００６８】
＜各実施の形態の固体撮像素子の変形例＞
図１５は、各実施の形態の固体撮像素子の変形例を示す模式的な側面図である。各実施の形態の変形例の固体撮像素子１Ｊは、基板１８と冷却部２００（Ａ，Ｂ）との間に熱伝導部材２１２を備える。
【００６９】
熱伝導部材２１２は、冷却部２００と同様に熱伝導性の高い材質で構成され、基板１８と冷却部２００との隙間に充填される。なお、熱伝導部材２１２は、基板表面に形成される冷却部２１０Ａと光通信部１２Ａの発光面以外との隙間にも充填されていても良い。熱伝導部材２１２は、熱伝導性と耐熱性が高く、かつ、光通信部１２Ａから出力される漏れ光を遮光できるような遮光性が高い材質が用いられ、例えば高伝熱性エポキシ樹脂等により実現される。これにより、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬された熱を、基板１８から冷却部２００に効率良く伝搬できる。
【００７０】
＜各実施の形態の冷却の構成例＞
各実施の形態における冷却部としては、ファン等の風冷式、乾燥空気の放射による空冷式、ペルチェ素子等の熱電変換素子を利用した駆動式、水等の液体を循環させる液冷式等、強制冷却装置を利用した何れの方式であっても良い。また、自然冷却のための装置を有した構成でも良く、ヒートシンクやヒートパイプを利用した方式であっても良い。
【００７１】
＜光通信部の配置に応じた冷却部の構成例＞
（１）集合配置された光通信部における冷却部の構成例
図１６は、集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。また、図１７は、集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の基板表面の模式的な平面図、図１８は、集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の基板裏面の模式的な平面図である。
【００７２】
固体撮像素子１は、基板１８の周辺部の１箇所の角部に１つの光通信部１２Ａが集合配置される。固体撮像素子１は、基板１８の裏面で光通信部１２Ａの直下に冷却部２００Ｃを備える。冷却部２００Ｃは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生して基板１８に伝搬された熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を自然冷却する機能を有する。なお、冷却部２００Ｃは、ファン等により光通信部１２Ａ等を強制冷却する機能を有しても良い。
【００７３】
固体撮像素子１は、冷却部２００Ｃの形成位置以外の基板１８の裏面に放熱板２２０Ａを備える。放熱板２２０Ａは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成される。基板１８の裏面には、上述したように、処理部及び信号配線が配置されない構成であり、放熱板２２０Ａは、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成領域全体を覆う形状で配置される。また、放熱板２２０Ａは、固体撮像素子１の外形より外側となる基板１８の外側に一部、本例では３辺を突出させて、外部放熱部２２１Ａが形成される。
【００７４】
固体撮像素子１は、冷却部２００Ｃと放熱板２２０Ａとの間に熱伝導部材２１３を備える。熱伝導部材２１３は、冷却部２００Ｃ及び放熱板２２０Ａと同様に熱伝導性の高い材質で構成され、冷却部２００Ｃと放熱板２２０Ａとの隙間に充填される。熱伝導部材２１３は、熱伝導性と耐熱性が高い材質が用いられ、例えば高伝熱性エポキシ樹脂等により実現される。これにより、光通信部１２Ａから冷却部２００Ｃに伝搬された熱を、放熱板２２０Ａに効率良く伝搬できる。
【００７５】
このように、光通信部１２Ａが集合配置された固体撮像素子１において、冷却部２００Ｃと放熱板２２０Ａを備えることで、光通信部１２Ａで発生する熱が、冷却部２００Ｃに伝搬される。冷却部２００Ｃに伝搬された熱は、放熱板２２０Ａに伝搬され、矢印で示すように外部放熱部２２１Ａから外部へ放熱される。また、画素部１０Ａ等で発生した熱が放熱板２２０Ａに伝搬され、矢印で示すように外部放熱部２２１Ａから外部へ放熱される。
【００７６】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８の裏面で固体撮像素子１の外部へ放熱できる。また、基板表面側の画素部１０Ａ等で発生した熱も、基板１８の裏面に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。従って、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。また、冷却部２００Ｃと放熱板２２０Ａとの間に熱伝導部材２１３が充填されることで、熱を空気で伝搬する構成と比較して、放熱効率を向上させることができる。
【００７７】
（２）分散配置された光通信部における冷却部の構成例
図１９は、分散配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図２０は、分散配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の基板表面の模式的な平面図である。
【００７８】
固体撮像素子１は、基板１８の周辺部の４箇所の角部に１個ずつの光通信部１２Ａが分散配置される。固体撮像素子１Ａは、基板１８の裏面全体に冷却部２００Ｄを備える。冷却部２００Ｄは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生して基板１８に伝搬された熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を自然冷却する機能を有する。また、ファン等により光通信部１２Ａ等を強制冷却する機能を有しても良い。
【００７９】
固体撮像素子１は、上述したように、基板１８の裏面に処理部及び信号配線が配置されない構成とした。冷却部２００Ｄは、例えば、基板１８と同じ形状、または、固体撮像素子１の実装形態等に応じて基板１８の周辺部から各辺が突出する形状で、基板１８の裏面全体に配置される。
【００８０】
固体撮像素子１は、基板１８の裏面全体に冷却部２００Ｄが配置されることで、分散配置された各光通信部１２Ａの直下で光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体に冷却部２００Ｄが配置される。また、基板１８の裏面全体に冷却部２００Ｄが接触することで、各光通信部１２Ａの直下の位置でも、光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体で冷却部２００Ｄと基板１８が接触している。
【００８１】
固体撮像素子１は、光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ｂを備える。冷却部２１０Ｂは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａを自然冷却する機能を有する。また、ファン等により光通信部１２Ａ等を強制冷却する機能を有しても良い。ここで、光通信部１２Ａの周囲で、画素部１０Ａと対向する基板１８の内側を向いた面には、冷却部２１０Ｂが形成されるように構成される。これにより、画素部１０Ａ等が形成される基板１８の内側に向けて熱が伝搬されないようにする。
【００８２】
このように、光通信部１２Ａが分散配置された固体撮像素子１において、冷却部２００Ｄと冷却部２１０Ｂを備えることで、各光通信部１２Ａで発生した熱は、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬される。各光通信部１２Ａの直下で基板１８と冷却部２００Ｄが接触しているので、光通信部１２Ａから基板１８に伝搬された熱は、基板１８から各光通信部１２Ａの直下の冷却部２００Ｄへ伝搬される。
【００８３】
これにより、分散配置された光通信部１２Ａで発生した熱を、基板裏面側の冷却部２００Ｂに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。
【００８４】
また、画素部１０Ａの直下にも冷却部２００Ｄが配置され、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成領域の全体が冷却部２００Ｄと接触している。これにより、画素部１０Ａで発生して基板１８に伝搬された熱が、画素部１０Ａの形成領域の全面から冷却部２００Ｄに伝搬される。従って、画素部１０Ａを均一に冷却、あるいは放熱することができ、画素特性を揃えることができる。
【００８５】
更に、基板１８の表面側で、光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ｂが形成されることで、光通信部１２Ａで発生する熱の一部は、冷却部２１０Ｂに伝搬される。これにより、分散配置された各光通信部１２Ａで発生する熱を画素部１０Ａの形成位置とは逆方向に伝搬させて画素部１０Ａに到達しないようにして、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。
【００８６】
（３）分散集合配置された光通信部における冷却部の構成例
図２１は、分散集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図２２は、分散集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の基板表面の模式的な平面図である。
【００８７】
固体撮像素子１は、基板１８の周辺部の２箇所の角部に複数の光通信部１２Ａが分散して集合配置される。固体撮像素子１は、光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ｃを備える。冷却部２１０Ｃは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａを自然冷却する機能を有する。また、ファン等により光通信部１２Ａ等を強制冷却する機能を有しても良い。ここで、光通信部１２Ａの周囲で、画素部１０Ａと対向する基板１８の内側を向いた面には、冷却部２１０Ｃが形成されるように構成される。これにより、画素部１０Ａ等が形成される基板１８の内側に向けて熱が伝搬されないようにする。
【００８８】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の裏面全体に冷却部として放熱板２２０Ｂを備える。放熱板２２０Ｂは、基板１８等に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａ等で発生して基板１８に伝搬された熱を外部に放熱して、光通信部１２Ａ等を自然冷却する機能を有する。
【００８９】
固体撮像素子１は、上述したように、基板１８の裏面に処理部及び信号配線が配置されない構成とした。放熱板２２０Ｂは、基板１８の裏面全体に配置される。また、放熱板２２０Ｂは、固体撮像素子１の外形より外側となる基板１８の外側に一部、本例では４辺を突出させて、外部放熱部２２１Ｂが形成される。
【００９０】
固体撮像素子１は、基板１８の裏面全体に放熱板２２０Ｂが配置されることで、分散集合配置された各光通信部１２Ａの直下で光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体に放熱板２２０Ｂが配置される。また、基板１８の裏面全体に放熱板２２０Ｂが接触することで、各光通信部１２Ａの直下の位置でも、光通信部１２Ａの形成領域の裏面全体で放熱板２２０Ｂと基板１８が接触している。
【００９１】
固体撮像素子１は、基板１８の表面に形成された光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと、基板１８の裏面に形成された放熱板２２０Ｂを接続する熱伝導部２１１Ｂを備える。熱伝導部２１１Ｂは、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａの下部から基板１８にスルーホールが形成され、基板１８に形成されたスルーホールを、熱伝導性の高い材質でメタライズすることで構成される。
【００９２】
固体撮像素子１は、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと、放熱板２２０Ｂが熱伝導部２１１Ｂと接触することで、光通信部１２Ａ及び画素部１０Ａと放熱板２２０Ｂが熱的に接続されている。
【００９３】
ここで、光通信部１２Ａは、熱源の直下に１本または熱源の直下を含めて複数本の熱伝導部２１１Ｂが形成されて、放熱板２２０Ｂと接続される。一方、画素部１０Ａは、形成領域の全体に例えば均一になるような配置で複数本の熱伝導部２１１Ｂが形成されて、放熱板２２０Ｂと接続される。また、光通信部１２Ａの下面に冷却部２１０Ｃを備える構成では、冷却部２１０Ｃと熱伝導部２１１Ｂが接続される。
【００９４】
このように、光通信部１２Ａが分散集合配置された固体撮像素子１において、冷却部２１０Ｃと放熱板２２０Ｂ及び熱伝導部２１１Ｂを備えることで、各光通信部１２Ａで発生する熱が冷却部２１０Ｃに伝搬される。これにより、分散集合配置された各光通信部１２Ａで発生する熱を画素部１０Ａの形成位置とは逆方向に伝搬させて画素部１０Ａに到達しないようにして、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。
【００９５】
また、各光通信部１２Ａで発生した熱を、熱伝導部２１１Ｂで基板裏面側の放熱板２２０Ｂに効率良く伝搬でき、光通信部１２Ａの冷却効率を上げることができる。従って、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８を伝搬されて画素部１０Ａに到達することを抑えることができる。また、画素部１０Ａで発生した熱を、基板裏面側の放熱板２２０Ｂに効率良く伝搬でき、画素部１０Ａの冷却効率を均一に上げることができる。
【００９６】
＜固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要＞
図２３は、固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要を示す機能ブロック図で、まず、固体撮像素子を備えた光学装置の概要について説明する。光学装置２Ａは、上述した固体撮像素子１（１Ａ〜１Ｊ）と、レンズ部２０と、固体撮像素子１とレンズ部２０等が実装されるハウジング２１を備え、例えばカメラシステムのレンズユニットを構成する。レンズ部２０は光学素子の一例で、１枚のレンズまたは複数枚のレンズを組み合わせて構成される。
【００９７】
光学装置２Ａは、固体撮像素子１の画素部１０Ａが、レンズ部２０の焦点位置に合うように構成され、レンズ部２０から入射した光の像が、固体撮像素子１の画素部１０Ａに結像される。
【００９８】
光学装置２Ａは、撮像対象物との距離によらず、レンズ部２０の焦点位置を固体撮像素子１の画素部１０Ａに合わせるため、例えば、固体撮像素子１に対してレンズ部２０を光軸方向に移動させる焦点合わせ機構を備えている。
【００９９】
次に、光学装置が接続される信号処理装置の概要について説明する。信号処理装置３Ａは、光信号を電気信号に変換する光通信部３０Ａと、制御信号等の入出力が行われる制御Ｉ／Ｏ３１Ａを備え、例えばカメラシステムのカメラ本体部を構成する。信号処理装置３Ａは、光学装置２Ａが接続されると、光通信部３０Ａが固体撮像素子１の光通信部１２Ａと光学的に結合される。また、制御Ｉ／Ｏ３１Ａが固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａと接続される。
【０１００】
信号処理装置３Ａは、ユーザによる操作を受ける操作部３２Ａと、操作部３２Ａでの操作に基づいて、光学装置２Ａの固体撮像素子１に画素データの読み出しを指示する読み出し制御部３３Ａを備える。
【０１０１】
信号処理装置３Ａは、制御Ｉ／Ｏ３１Ａから光学装置２Ａの固体撮像素子１に画素データの読み出しを指示し、自機の光通信部３０Ａと固体撮像素子１の光通信部１２Ａとの間で光通信を行って、固体撮像素子１から画素データを取得する。
【０１０２】
光通信部３０Ａは、受光部としてフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を有し、固体撮像素子１の光通信部１２Ａから出力される信号光Ｌｓが入力されて、光信号で入力される画素データを電気信号に変換して出力する。
【０１０３】
なお、固体撮像素子１の光通信部１２Ａが外部光を変調する光変調器を備える構成では、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、固体撮像素子１の光変調器に入力される光を出力する発光部を備える。発光部は半導体レーザ等の発光素子を有し、一定の連続した光Ｌを出力する。
【０１０４】
信号処理装置３Ａは、固体撮像素子１と光通信を行って取得した画素データに所定の信号処理を行い、画像データを生成する信号処理部３４Ａを備える。また、信号処理装置３Ａは、固体撮像素子１から取得した画素データを保持するデータ保持部３５Ａと、信号処理部３４Ａで生成された画像データから画像を表示する表示部３６Ａを備える。
【０１０５】
信号処理装置３Ａは、自機及び光学装置２Ａに電源を供給する電源３７Ａと、電源の供給を制御する電源制御部３８Ａを備える。電源制御部３８Ａは、信号処理装置３Ａの電源をオンとする操作、及び電源をオフとする操作に基づき、信号処理装置３Ａに対する電源の供給の有無と、光学装置２Ａに対する電源の供給の有無を、所定の順番で切り替える電源供給制御を行う。
【０１０６】
次に、光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの概要について説明する。信号処理システム４Ａは、上述した光学装置２Ａと信号処理装置３Ａを備え、例えばカメラシステムを構成する。カメラシステムでは、レンズユニットを構成する光学装置２Ａが、カメラ本体部を構成する信号処理装置３Ａに対して着脱可能で交換できるように構成される。
【０１０７】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａに光学装置２Ａが接続されると、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａと、光学装置２Ａを構成する固体撮像素子１の光通信部１２Ａが光学的に結合される。また、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａが接続される。
【０１０８】
これにより、信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１の光通信部１２Ａと、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａによって、光学装置２Ａと信号処理装置３Ａとの間でデータが光信号で入出力される。
【０１０９】
また、信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、信号処理装置３Ａと光学装置２Ａとの間で制御信号が入出力される。更に、信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、信号処理装置３Ａと光学装置２Ａとの間で電源の供給が行われる。
【０１１０】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの操作部３２Ａでユーザの操作を受け、操作部３２Ａでの操作に基づいて、信号処理装置３Ａの読み出し制御部３３Ａが、画素データの読み出しを指示する制御信号を出力する。
【０１１１】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、光学装置２Ａの制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、画素データの読み出しを指示する制御信号が光学装置２Ａの固体撮像素子１に入力される。
【０１１２】
信号処理システム４Ａは、画素データの読み出しを指示する制御信号が光学装置２Ａの固体撮像素子１に入力されると、固体撮像素子１の制御部１６Ａが、タイミングジェネレータ１３Ａで駆動クロックを生成する。
【０１１３】
タイミングジェネレータ１３Ａで生成された駆動クロックは、画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａに供給され、画素部１０Ａでは画素データが電気信号として読み出される。Ａ／Ｄ変換部１１Ａでは、画素部１０Ａから読み出された画素データが入力され、ディジタル信号に変換されて出力される。光通信部１２Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号が入力され、画素データが信号光Ｌｓに変換されて出力される。なお、固体撮像素子１の光通信部１２Ａが外部光を変調する光変調器を備える構成では、光通信部１２Ａでは、信号処理装置３Ａから入力された一定の光が、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号に基づき変調され、信号光Ｌｓが出力される。
【０１１４】
信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１の光通信部１２Ａと、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａによって、固体撮像素子１で読み出された画素データが、光通信で信号処理装置３Ａに入力される。
【０１１５】
信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１で読み出された画素データが、光通信で信号処理装置３Ａに入力されると、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａが、光信号で入力される画素データを電気信号に変換して出力する。
【０１１６】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａで電気信号に変換された画素データに、信号処理装置３Ａの信号処理部３４Ａが所定の信号処理を行って画像データを生成し、例えば表示部３６Ａに画像を表示する。
【０１１７】
＜基板裏面に冷却部を配置した固体撮像素子の効果例＞
各実施の形態の固体撮像素子では、画素部が形成される基板の表面に光通信部を配置すると共に、基板の裏面に冷却部を配置した。基板の表面に画素部及び光通信部と、信号の読み出しに関する処理部や信号配線等を形成することで、基板の裏面には、光通信部の配置等に応じて所望の冷却効率が得られる冷却部を配置することができる。
【０１１８】
これにより、基板表面側の光通信部で発生した熱を、基板裏面側の広い面積を利用した冷却部で効率良く冷却することができる。また、基板の裏面全体に冷却部を配置すれば、画素部の形成領域の下側に冷却部が配置されるので、画素部を均一に冷却することができ、画素特性を揃えることができる。
【０１１９】
また、冷却部の配置の自由度が向上するので、光通信部を集合させて配置し、一括して冷却する方式や、光通信部を分散させて配置し、熱の発生源を分散させて冷却する方式等、様々な冷却方式を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、固体撮像素子を備えた光学装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【図２】第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す模式的な平面図である。
【図３】各実施の形態における固体撮像素子を実現する機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の固体撮像素子の第１の変形例を示す模式的な側面図である。
【図５】第１の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な側面図である。
【図６】第１の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な平面図である。
【図７】第１の実施の形態の固体撮像素子の第３の変形例を示す模式的な側面図である。
【図８】第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【図９】第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図１０】第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【図１１】第２の実施の形態の固体撮像素子の第１の変形例を示す模式的な側面図である。
【図１２】第２の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な側面図である。
【図１３】第２の実施の形態の固体撮像素子の第２の変形例を示す模式的な平面図である。
【図１４】第２の実施の形態の固体撮像素子の第３の変形例を示す模式的な側面図である。
【図１５】各実施の形態の固体撮像素子の変形例を示す模式的な側面図である。
【図１６】集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図１７】集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の基板表面の模式的な平面図である。
【図１８】集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の基板裏面の模式的な平面図である。
【図１９】分散配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図２０】分散配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図２１】分散集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図２２】分散集合配置された光通信部における冷却部の構成例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図２３】固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ・・・固体撮像素子、１０Ａ・・・画素部、１１Ａ・・・Ａ／Ｄ変換部、１２Ａ・・・光通信部、１３Ａ・・・タイミングジェネレータ、１４Ａ・・・制御Ｉ／Ｏ、１５Ａ・・・ＤＣ−ＤＣ部、１６Ａ・・・制御部、１７・・・バス、１８・・・基板、１４０Ａ，１４０Ｂ・・・電極パッド、２００Ａ〜２００Ｄ・・・冷却部、２１０Ａ〜２１０Ｃ・・・冷却部、２１１Ａ，２１１Ｂ・・・熱伝導部、２２０Ａ，２２０Ｂ・・・放熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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