(57)【要約】【課題】固体撮像素子の温度を正確に検出する。【解決手段】トランジスタ２４のベース−エミッタ間の電位差が温度依存性を持つことに着目し、固体撮像素子２１に搭載されたトランジスタ２４のベース、エミッタ間の電位差をそれぞれ短絡された外部端子を介して検出し、この検出した電位差に応じて温度情報を生成する。【選択図】　図５
2004088353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された電位差に応じて温度情報を生成する温度情報生成手段とを備えること
を特徴とする固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項２】
上記温度情報生成手段は、上記温度情報をデジタルデータとして生成するＡ／Ｄコンバータであること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項３】
上記検出手段により検出された上記電位差を電流に変換する電流変換手段と、
上記電流変換手段により変換された電流が供給され、当該供給された電流に基づいて電圧が生成される負荷抵抗を備え、
上記温度情報生成手段は、上記負荷抵抗に生成された電圧に応じて温度情報を生成すること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項４】
上記電流変換手段により変換された電流を所定の割合で検出する電流検出手段を備え、
上記負荷抵抗は、上記電流変換手段により変換された電流が、さらに上記電流検出手段により検出された電流より差し引かれて供給されること
を特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項５】
上記電流検出手段より検出される電流を制御する制御手段をさらに備えること
を特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項６】
上記検出手段における上記エミッタからの電位の検出を、入力されるシャッターパルスの位相に応じて制限するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項７】
上記ベース及び／又は上記エミッタから上記外部端子を介して検出される電位の高周波成分を除去するローパスフィルタをさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の温度検出装置。
【請求項８】
固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出し、
上記検出した電位差に応じて温度情報を生成すること
を特徴とする固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項９】
上記検出した電位差に応じてデジタルデータを生成するＡ／Ｄコンバータにより上記温度情報を生成すること
を特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項１０】
上記検出した電位差を電流に変換し、
上記変換した電流に基づいて負荷抵抗に電圧を生成し、
上記負荷抵抗に生成された電圧に応じて温度情報を生成すること
を特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項１１】
上記変換した電流を所定の割合で検出し、
上記変換した電流から、さらに上記検出した電流を差し引いた電流値に基づいて負荷抵抗に電圧を生成すること
を特徴とする請求項１０記載の固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項１２】
上記検出した電流を制御すること
を特徴とする請求項１１記載の固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項１３】
上記エミッタからの電位の検出を、入力されるシャッターパルスの位相に応じてＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により制限すること
を特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項１４】
上記ベース及び／又は上記エミッタから外部端子を介して検出される電位の高周波成分を除去すること
を特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の温度検出方法。
【請求項１５】
固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された電位差に応じて温度情報を生成する温度情報生成手段と、
上記温度情報生成手段により生成された温度情報に基づき、制御信号を生成する制御信号生成手段と、
上記制御信号生成手段により生成された制御信号に応じて上記固体撮像素子を吸熱する熱電変換素子とを備えること
を特徴とする固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項１６】
上記温度情報生成手段は、上記温度情報をデジタルデータとして生成するＡ／Ｄコンバータであること
を特徴とする請求項１５記載の固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項１７】
上記検出手段により検出された上記電位差を電流に変換する電流変換手段と、
上記電流変換手段により変換された電流が供給され、当該供給された電流に基づいて電圧が生成される負荷抵抗を備え、
上記温度情報生成手段は、上記負荷抵抗に生成された電圧に応じて温度情報を生成すること
を特徴とする請求項１５記載の固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項１８】
上記電流変換手段により変換された電流を所定の割合で検出する電流検出手段を備え、
上記負荷抵抗は、上記電流変換手段により変換された電流が、さらに上記電流検出手段により検出された電流より差し引かれて供給されること
を特徴とする請求項１７記載の固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項１９】
上記電流検出手段より検出される電流を制御する制御手段をさらに備えること
を特徴とする請求項１８記載の固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項２０】
上記検出手段における上記エミッタからの電位の検出を、入力されるシャッターパルスの位相に応じて制限するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をさらに備えること
を特徴とする請求項１５記載の固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項２１】
上記ベース及び／又は上記エミッタから上記外部端子を介して検出される電位の高周波成分を除去するローパスフィルタをさらに備えること
を特徴とする請求項１５記載の固体撮像素子の温度制御装置。
【請求項２２】
固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出し、
上記検出した電位差に応じて温度情報を生成し、
上記生成した温度情報に基づき、制御信号を生成し、
上記生成した制御信号に応じて上記固体撮像素子を吸熱すること
を特徴とする固体撮像素子の温度制御方法。
【請求項２３】
上記検出した電位差に応じてデジタルデータを生成するＡ／Ｄコンバータにより上記温度情報を生成すること
を特徴とする請求項２２記載の固体撮像素子の温度制御方法。
【請求項２４】
上記検出した電位差を電流に変換し、
上記変換した電流に基づいて負荷抵抗に電圧を生成し、
上記負荷抵抗に生成された電圧に応じて温度情報を生成すること
を特徴とする請求項２２記載の固体撮像素子の温度制御方法。
【請求項２５】
上記変換した電流を所定の割合で検出し、
上記変換した電流から、さらに上記検出した電流を差し引いた電流値に基づいて負荷抵抗に電圧を生成すること
を特徴とする請求項２４記載の−固体撮像素子の温度制御方法。
【請求項２６】
上記検出した電流を制御すること
を特徴とする請求項２５記載の固体撮像素子の温度制御方法。
【請求項２７】
上記エミッタからの電位の検出を、入力されるシャッターパルスの位相に応じてＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により制限すること
を特徴とする請求項２２記載の固体撮像素子の温度制御方法。
【請求項２８】
上記ベース及び／又は上記エミッタから外部端子を介して検出される電位の高周波成分を除去すること
を特徴とする請求項２２記載の固体撮像素子の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等の固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子の温度検出装置及び方法、並びに固体撮像素子の温度を制御する固体撮像素子の温度制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
業務用や家庭用のビデオカメラ等には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等に代表される固体撮像素子が一般に用いられている。
【０００３】
このような固体撮像素子において、Ｓ／Ｎ比や感度を向上させ、低照度撮影を実現するためには、光を全く照射しない状態において発生する電荷に基づく暗電流ノイズを抑える必要があり、このために、先ず固体撮像素子の温度を正確に検出し、例えばペルチェ効果を利用した熱電変換素子を介して固体撮像素子を適切な温度まで冷却する必要がある。
【０００４】
従来より固体撮像素子の温度を温度センサにより測定し、かかる測定した温度に基づいて固体撮像素子の温度をフィードバック制御する温度制御システムが提案されている。図６は、かかる従来の温度制御システム１００の具体的な構成を示している。
【０００５】
温度制御システム１００は、固体撮像素子１０１と、かかる固体撮像素子を搭載するための基板１０２と、基板１０２を実装する筐体１０３と、温度センサ１０４と、制御信号生成部１０５と、ペルチェ用可変電源１０６と、ペルチェ素子１０７とを備えている。
【０００６】
温度センサ１０４は、筐体１０３表面に設けられ、基板１０２を介して固体撮像素子１０１の温度を検出する。温度センサ１０４は、検出した温度情報を制御信号生成部１０５へ送信する。
【０００７】
制御信号生成部１０５は、温度センサ１０４から送信される温度情報を、温度の目標値と比較する。この制御信号生成部１０５は、この比較結果に応じてペルチェ用可変電源１０６に対し電圧を上げる旨の制御信号を送信し、或いは電圧を下げる旨の制御信号を送信する。
【０００８】
ペルチェ用可変電源１０６は、制御信号生成部１０５から送信される制御信号に基づき、ペルチェ素子１０７へ印加する電圧を制御する。ペルチェ素子１０７は、筐体１０３に配設され、ペルチェ用可変電源１０６より印加される電圧に応じて熱を吸収する。
【０００９】
このような構成からなる温度制御システム１００により、筐体１０３は冷却され、固体撮像素子１０１に発生している熱も基板１０２や筐体１０３を介してペルチェ素子１０７へ吸収されるため、固体撮像素子１０１を冷却させることにより暗電流ノイズを抑えることができる。
【００１０】
図７は、固体撮像素子１０１の筐体表面に温度センサを設けた従来の他の温度制御システム１１０を示している。この温度制御システム１１０において、図６に示す温度制御システム１００と同一の構成要素については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００１１】
この温度制御システム１１０は、固体撮像素子１０１と、基板１０２と、筐体１０３と、金属板１１１と、温度センサ１０４と、制御信号生成部１０５と、ペルチェ用可変電源１０６と、ペルチェ素子１０７とを備えている。
【００１２】
金属板１１１は、熱伝導性の高い金属材料からなり、筐体１０３の表面に設けられる。温度センサ１０４は、金属板１１１上に設けられ、基板１０２、筐体１０３並びに金属板１１１を介して固体撮像素子１０１の温度を検出する。またペルチェ素子１０７は、筐体１０３表面に設けられ、ペルチェ用可変電源１０６より印加される電圧に応じて金属板１１１から吸熱する。これにより、金属板１１１は冷却され、固体撮像素子１０１に発生している熱も基板１０２や筐体１０３並びに金属板１１１を介してペルチェ素子１０７へ吸収されるため、固体撮像素子１０１を冷却させて暗電流ノイズを抑えることができる。
【００１３】
このような構成からなる温度制御システム１１０は、筐体１０３の表面積が小さく、温度センサ１０４とペルチェ素子１０７を双方とも設けることができない場合においても、筐体１０３表面に金属板１１１を配設することにより表面積を拡大させることができる。すなわちこの温度制御システム１１０は、筐体１０３の小型化を図る上で、金属板１１１を介して常に温度センサ１０４及びペルチェ素子１０７を設けることができる点において有効である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の温度制御システム１００、１１０において、固体撮像素子１０１から温度センサ１０７への伝熱時において、基板１０２や筐体１０３等の熱容量に基づく熱抵抗を受ける。すなわち、温度センサ１０４により検出される温度θ０は、実際の固体撮像素子１０１の温度θよりも低い値となる。このため、温度センサ１０４により得られる温度情報に基づき、ペルチェ素子１０７へ印加する電圧を制御すると、固体撮像素子１０１の温度は、目標値よりも高い状態で安定し、暗電流ノイズを軽減することができなくなる。特に金属板１１１が配設された温度制御システム１１０では、固体撮像素子１０１と、温度センサ１０４との熱経路がより長くなるため、固体撮像素子１０１の正確な温度の検出がさらに困難となる。
【００１５】
また、上記従来の温度制御システム１００、１１０では、固体撮像素子１０１と、温度センサ１０４との間に存在する基板１０２や筐体１０３等の熱容量の影響を受けるため、固体撮像素子１０１の温度変化を、温度センサ１０４により検出するまで時間的な遅れを伴う。このため、温度センサ１０４により検出した温度変化に基づいて固体撮像素子の温度をフィードバック制御すると、温度の目標値を中心に上下動を繰り返すハンチング現象を引き起こしてしまう。ちなみに、このハンチング現象を抑えるべく、制御信号生成部１０５の時定数を上げることで対処することも可能であるが、固体撮像素子１０１の温度が安定するまで長時間を要してしまい、内蔵されたカメラ全体の性能の安定性に支障をきたしてしまう。
【００１６】
また固体撮像素子１０１を搭載した筐体１０３を、実際にカメラに内蔵する場合において、固体撮像素子１０１の冷却効率を向上させるためには、周囲から筐体１０３への熱流入を防止する必要がある。具体的には、図８に示すように、筐体１０３とカメラ内部の各構成要素との接触領域を極力減少させることで熱経路を遮断し、望ましくはカメラ筐体１３０と、筐体１０３の接触部分に断熱材１２１を配設して断熱することによりペルチェ素子１０７の扱う熱流を最小限に抑える必要がある。
【００１７】
しかしながら、上記従来の温度制御システム１００、１１０では、温度センサ１０４という新たな熱経路が設けられるため、他の回路部品等で発生された熱がかかる温度センサ１０４を介して、ペルチェ素子により冷却された筐体１０３内に流入する。このため、ペルチェ素子の冷却を更に強める必要が生じ、かかる悪循環が繰り返される結果、冷却効率が著しく悪化してしまう。特に金属板１１１が配設された温度制御システム１１０では、冷却される部品の表面積が拡大し、カメラ内部において温められた空気からの熱の流入も増加するため、冷却効率をさらに悪化させてしまい、熱設計の面からカメラの小型化を妨げる要因ともなる。
【００１８】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、固体撮像素子の温度を正確に検出することができる温度検出装置及び方法、並びに検出した固体撮像素子の温度に基づいて該固体撮像素子の温度をフィードバック制御することにより冷却効率を改善させた温度制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、トランジスタのベース−エミッタ間の電位差が温度依存性を持つことに着目し、固体撮像素子に搭載されたトランジスタのベース、エミッタ間の電位差をそれぞれ短絡された外部端子を介して検出し、この検出した電位差に応じて温度情報を生成することができる固体撮像素子の温度検出装置及び方法を発明した。
【００２０】
すなわち、本発明に係る固体撮像素子の温度検出装置は、上述の課題を解決するために、固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出する検出手段と、検出手段により検出された電位差に応じて温度情報を生成する温度情報生成手段とを備える。
【００２１】
また、本発明に係る固体撮像素子の温度検出方法は、固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出し、検出した電位差に応じて温度情報を生成する。
【００２２】
本発明者は、トランジスタのベース−エミッタ間の電位差が温度依存性を持つことに着目し、固体撮像素子に搭載されたトランジスタのベース、エミッタ間の電位差をそれぞれ短絡された外部端子を介して検出し、この検出した電位差に応じて温度情報を生成し、さらにこの温度情報に基づいて固体撮像素子の温度をフィードバック制御することができる固体撮像素子の温度制御装置及び方法を発明した。
【００２３】
すなわち、本発明に係る固体撮像素子の温度制御装置は、上述の課題を解決するために、固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出する検出手段と、検出手段により検出された電位差に応じて温度情報を生成する温度情報生成手段と、温度情報生成手段により生成された温度情報に基づき、制御信号を生成する制御信号生成手段と、制御信号生成手段により生成された制御信号に応じて上記固体撮像素子を吸熱する熱電変換素子とを備える。
【００２４】
また、本発明に係る固体撮像素子の温度制御方法は、上述した課題を解決するために、固体撮像素子に搭載されベース及びエミッタが互いに異なる外部端子に接続されたトランジスタについて、当該外部端子を介して上記ベース−エミッタ間の電位差を検出し、検出した電位差に応じて温度情報を生成し、生成した温度情報に基づき、制御信号を生成し、生成した制御信号に応じて上記固体撮像素子を吸熱する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
本発明は、例えば図１に示すような温度制御装置１に適用される。この温度制御装置１は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等に代表される固体撮像素子が実装されたＣＣＤチップ筐体２の温度をフィードバック制御するものであり、温度検出回路３と、制御信号生成部４と、ペルチェ用可変電源５と、ペルチェ素子６とを備えている。
【００２７】
温度検出回路３は、ＣＣＤチップ筐体２に搭載されている内部トランジスタを介して固体撮像素子の温度を検出する。この温度検出回路３は、検出した温度から温度情報を生成してこれを制御信号生成部４へ送信する。
【００２８】
制御信号生成部４は、温度検出回路３より受信した温度情報を目標値と比較する。この制御信号生成部４は、この温度情報と目標値との比較結果に応じてペルチェ用可変電源５に対し電圧を上げる旨の制御信号を送信し、或いは電圧を下げる旨の制御信号を送信する。
【００２９】
ペルチェ用可変電源５は、制御信号生成部４から送信される制御信号に基づき、ペルチェ素子６へ印加する電圧を制御する。ペルチェ素子６は、ＣＣＤチップ筐体２に配設され、ペルチェ用可変電源５より印加される電圧に応じて熱を吸収する。このような構成からなる温度制御装置１は、外気温の変化に対して固体撮像素子の温度を一定に保つことができるフィードバック系として動作することができる。なおこのペルチェ素子６は、ＣＣＤチップ筐体２に配設される場合のみならず、ＣＣＤチップ筐体２内に実装された固体撮像素子に直接配設してもよいことは勿論である。
【００３０】
次に、本発明に係る温度制御装置１により温度をフィードバック制御されるＣＣＤチップ筐体２について説明をする。
【００３１】
図２は、温度制御装置１により温度制御されるＣＣＤチップ筐体２の内部構成例を示している。このＣＣＤチップ筐体２は、図示しないレンズを介して集光した撮像光を電気信号に変換し一定時間蓄積する固体撮像素子２１と、この固体撮像素子２１に蓄積された電気信号が転送され、これを撮像信号としてカメラ信号処理回路７へ出力する垂直レジスタ２２ａ及び水平レジスタ２２ｂと、サブストレートの電圧（以下、ＶＳＵＢという）を発生するバイアス回路２３と、バイアス回路２３により生成されるバイアス電圧をバッファして上述したＶＳＵＢの電位を決定するトランジスタ２４を備える。ちなみにカメラ処理回路７に出力された撮像信号は、図１に示すカメラ信号処理回路７において、アナログ／デジタル変換処理され明るさを表す輝度信号（Ｙ信号）や色相等を表す色信号（Ｃ信号）の生成に寄与することとなる。
【００３２】
トランジスタ２４は、ベース及びエミッタが、夫々異なる外部端子であるＣＳＵＢ端子２５、ΦＳＵＢ端子２６に接続されている。このＣＳＵＢ端子２５は、外部バイパスコンデンサを接続するために設けられ、またΦＳＵＢ端子２６は、外部から電子シャッターパルスを入力するために設けられたものである。
【００３３】
ちなみにトランジスタ２４において、ベース−エミッタ間の順方向電圧は、−２ｍＶ／℃の温度係数を持つ。このため温度検出回路３では、かかるトランジスタ２４の温度依存性を利用して、ベース−エミッタ間の電位差を、夫々接続されるＣＳＵＢ端子２５とΦＳＵＢ端子２６を介して検出することにより、固体撮像素子２１の温度情報を生成する。
【００３４】
図３は、この温度検出回路３の内部構成例を示している。この温度検出回路３は、電流出力アンプ３１と、負荷抵抗３２と、Ａ／Ｄコンバータ３３と、ＦＥＴスイッチ３４と、コンデンサ３５とを備えている。
【００３５】
電流出力アンプ３１は、トランジスタ２４のベースに接続されているＣＳＵＢ端子２５の電位と、トランジスタ２４のエミッタに接続されているΦＳＵＢ端子２６の電位の差分を検出して電流Ｉ０に変換し、これを出力する。
【００３６】
負荷抵抗３２は、一端が接地され、他端が電流出力アンプ３１へ接続されている。この負荷抵抗３２は、電流出力アンプ３１から出力される電流Ｉ０を検出する。この負荷抵抗３２の抵抗値をＲ０としたとき、負荷抵抗３２に生成される電圧Ｖ０は、Ｖ０＝Ｉ０×Ｒ０により表される。
【００３７】
Ａ／Ｄコンバータ３３は、負荷抵抗３２に生成されている電圧Ｖ０を検出し、これをデジタル出力値に変換して温度情報を生成する。すなわち、このＡ／Ｄコンバータ３３は、設けられた負荷抵抗３２を介して、この電圧Ｖ０をグラウンド間の電圧変化として検出することができる。これにより、電流出力アンプ３１は、負荷抵抗３２の抵抗値を適切に設定することにより、ＣＳＵＢ端子２５とΦＳＵＢ端子２６との電位差を、Ａ／Ｄコンバータ３３に適した電位差まで増幅させることが可能となる。このＡ／Ｄコンバータ３３は、生成した温度情報を制御信号生成部４へ出力する。
【００３８】
ＦＥＴスイッチ３４は、ソース端子がΦＳＵＢ２６へ接続され、ドレイン端子が電流出力アンプ３１へ接続される。このＦＥＴスイッチ３４は、ゲート端子から印加されるブランキングパルスに基づきｐｎ接合の空乏層を幅を変え、ソース−ドレイン間をＯＮ／ＯＦＦ制御するデバイスである。
【００３９】
なお、ＣＣＤチップ筐体２には、コンデンサ３５、ΦＳＵＢ端子２６を介して、一定の間隔で電子シャッターパルスが入力される。この入力される電子シャッターパルスは、コンデンサ３５を介してＦＥＴスイッチ３４のソース端子に入力される。このため、このＦＥＴスイッチ３４に入力されるブランキングパルスの位相は、入力される電子シャッターパルスの位相に応じて設定される。
【００４０】
ちなみに、この設定されるブランキングパルスは、例えば図３に示すように電子シャッターパルスの幅よりも広く設定することにより、電子シャッターパルス入力時において、ＦＥＴスイッチ３４をＯＦＦ動作させることができる。これにより電流出力アンプ３１は、電子シャッターパルスの影響を受けずに、トランジスタ２４のＣＳＵＢ端子２５とΦＳＵＢ端子２６との電位差を検出することができる。なお、電子シャッターパルスが加わらない状態では、常にトランジスタ２４は動作状態にあり、（ＣＳＵＢ端子２５の電位ＶＣＳＵＢ）＞（ΦＳＵＢ端子２６の電位ＶΦＳＵＢ）の関係が成立する。
【００４１】
このような構成からなる温度検出回路３は、トランジスタ２４のベース−エミッタ間の電位差をそれぞれ接続されたＣＳＵＢ端子２５、ΦＳＵＢ端子２６を介して検出し、この検出した電位差に応じて温度情報を生成することができる。これにより、温度検出回路３は、トランジスタ２４の温度依存性を利用して固体撮像素子２１の温度を高精度に検出することができる。
【００４２】
またこの温度検出回路３は、検出した電位差を電流に変換し、接地された負荷抵抗３２に流すことにより、カメラの電源電圧におけるばらつきの影響を抑えることができる。またこの温度検出回路３は、電子シャッターパルスの影響を防止できることに加えて、トランジスタ２４におけるＣＳＵＢ端子２５とΦＳＵＢ端子２６との電位差をＡ／Ｄコンバータ３３に適した電位差まで増幅させることできるため、温度情報をより高精度に生成することができる。
【００４３】
この温度検出回路３によりデジタル出力値として生成された温度情報を図４に示す。この図４における横軸は、固体撮像素子２１の温度、縦軸はＡ／Ｄコンバータ３３からデジタル出力値として定義される温度情報を示している。
【００４４】
図４に示されるデータのプロットは、以下の手順を経ることにより得られる。先ず電源ＯＦＦ状態とした温度検出回路３を恒温槽に入れ、この恒温槽を所定の温度に設定して作動させて、温度検出回路３の温度と設定された恒温槽の温度が等しくなるまで放置する。次に温度検出回路３の電源を投入し、直後にＡ／Ｄコンバータ３３の出力データを記録する。この手順を、恒温槽の温度につき例えば＋１０℃ずつ変化させて繰り返すことによりデータをプロットしてゆく。その結果、図４に示すようにほぼ線形で表せるプロットを得ることができ、電源電圧のばらつきの影響を抑えつつ、高精度に温度情報を生成できることが分かる。
【００４５】
なお、この温度検出回路３は、実際には図５に示すように温度検出回路３０に代替することができる。
【００４６】
この温度検出回路３０は、トランジスタ２４におけるベースの電位が供給されるＣＳＵＢ２５に、抵抗５１１とコンデンサ５１２からなる第１のローパスフィルタ５１を接続し、またトランジスタ２４におけるエミッタの電位が供給されるΦＳＵＢ端子２６に、抵抗５２１とコンデンサ５２２からなる第２のローパスフィルタ５２を接続している。この第１のローパスフィルタ５１にはバッファアンプ５３が接続され、また第２のローパスフィルタ５２を構成する抵抗５２１にはＦＥＴスイッチ５４のドレイン端子が接続され、またコンデンサ５２２には、ｃ点を介してＦＥＴスイッチ５４のソース端子が接続され、さらにａ点を介してバッファアンプが接続される。このａ点とｃ点は、抵抗５６１とコンパレータ５６２とトランジスタ５６３からなりａ点の電位Ｖａとｃ点の電位Ｖｃとを基準としてＶａ−Ｖｃの電位差に比例した電流Ｉ０を出力する変換回路５６に夫々接続されている。変換回路５６におけるトランジスタ５６３のコレクタ端子は、検出した電流を一定の値に制御する制御手段としての制御回路５７と、一端が接地された負荷抵抗５８と、負荷抵抗５８に負荷されている電圧をグラウンド間の電圧変化として検出するＡ／Ｄコンバータ５９と、に接続されている。ちなみにこの図５では、使用するカメラの動作電源電圧として＋１５Ｖ（ＶＤＤ）、０Ｖ（グラウンド）、−７．５Ｖ（ＶＬ）を使用する。
【００４７】
第１のローパスフィルタ５１は、トランジスタ２４のＣＳＵＢ端子２５から出力される電位から高周波ノイズを除去する。第２のローパスフィルタ５２は、トランジスタ２４のΦＳＵＢ端子２６から出力される電位から高周波ノイズを除去する。
【００４８】
ＦＥＴスイッチ５４は、ゲート端子を介して印加されるブランキングパルスに基づきソース−ドレイン間の導電率を変化させることによりＯＮ／ＯＦＦ動作される。例えば、電子シャッターパルスが入力される時にブランキングパルスをＬｏｗに設定することにより、ＦＥＴスイッチ５４をＯＦＦにすることができる。これにより、コンデンサ５５を介して入力される電子シャッターパルスの影響を抑えることができる。一方、電子シャッターパルスが入力されない時には、ブランキングパルスをＨｉに設定することにより、ＦＥＴスイッチ５４をＯＮにすることができる。これによりΦＳＵＢ端子２６から供給される電位を、第２のローパスフィルタ５２を構成するコンデンサ５２２へ充電させることができる。
【００４９】
変換回路５６は、コンパレータ５６２によるフィードバック制御により、抵抗５６１とトランジスタ５６３との接続点であるｂ点の電位Ｖｂと、ｃ点の電位Ｖｃとが常に等しくなるように動作する。なお、この変換回路は、抵抗５６１を介して、ＣＳＵＢ端子２５とΦＳＵＢ端子２６との電位差を電流Ｉ０に変換する。
【００５０】
制御回路５７は、抵抗５７１と、シャントレギュレータＩＣ５７２と、トランジスタ５７３と、抵抗５７４とを備えている。シャントレギュレータＩＣ５７２は、内部に基準電圧（約２．５Ｖ）を有し、抵抗５７４に負荷されている電圧（以下、コントロール電圧Ｖｅという）をこの基準電圧に等しくするように、トランジスタ５７３を制御する。すなわち、この制御回路５７は、コントロール電圧Ｖｅを一定値へ収束させることにより、変換回路５６から供給される電流値が一定になるように制御することができる。
【００５１】
次に、この温度検出回路３０の動作について説明をする。
【００５２】
トランジスタ２４のＣＳＵＢ端子２５から出力される電位は、第１のローパスフィルタ５１により高周波ノイズを除去された後、バッファアンプ５３を介してａ点に出力される。このため、直流成分のみ考慮すれば、Ｖａ＝ＶＣＳＵＢの関係が成立することになる。
【００５３】
一方、トランジスタのΦＳＵＢ端子２６から出力される電位は、ＦＥＴスイッチ５４をブランキングパルスに応じてＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、第２のローパスフィルタ５２を構成するコンデンサ５２２に充電される。ちなみに、トランジスタ２４のΦＳＵＢ端子２６には、波高値２０〜３０Ｖｐ−ｐもの大振幅の電子シャッターパルスが、コンデンサ５５を通じて入力されるが、上述の如くＦＥＴスイッチ５４がＯＦＦ動作するため、微小な電位差から温度を検出する温度検出回路３０への影響を抑えることができる。またＦＥＴスイッチ５４がブランキングパルスによりＯＦＦに切り換わっている間、ｃ点はハイインピーダンス状態となるが、コンデンサ５２２がいわゆるホールドコンデンサとして作用するため、ｃ点の電位を一定に保つことができる。このため、直流成分のみ考慮すれば、ＶΦＳＵＢ＝Ｖｃの関係が成立することになる。
【００５４】
また変換回路５６が動作されることにより、Ｖｃ＝Ｖｂが成り立つことから、抵抗値がＲ２である抵抗５６１には以下の式により示される電流が流れる。
Ｉ０＝（Ｖａ−Ｖｃ）／Ｒ２・・・・・・・・・・・・・・・（１）
この電流Ｉ０は、制御回路５７及び負荷抵抗５８に供給される。ここで制御回路５７に供給される電流をＩ１とし、また負荷抵抗５８に供給される電流をＩ２としたとき、電流Ｉ０は、Ｉ１＋Ｉ２で表すことができる。すなわち、負荷抵抗５８に供給される電流Ｉ２は、Ｉ０−Ｉ１で表すことができるため、負荷抵抗５８の抵抗値をＲ４としたとき、Ａ／Ｄコンバータ５８の入力電圧Ｖｄは、以下の式により表すことができる。
Ｖｄ＝Ｒ４×Ｉ２＝Ｒ４×（Ｉ０−Ｉ１）＝Ｒ４×（Ｖａ−Ｖｃ）／Ｒ２−Ｒ４×Ｉ１・・・・・・・・・・（２）
ここで式（２）のうち、Ｒ４×Ｉ１の項は、制御回路５７により制御されるコントロール電圧Ｖｅに相当する。このＶｅは、上述の如くシャントレギュレータＩＣ５７２により基準電圧（＝２．５Ｖ）と等しくなるように制御されるため、抵抗５７４の抵抗値をＲ６としたとき、Ｒ４×Ｉ１の項は、２．５／Ｒ６として表すことができる。すなわち、本発明では、このコントロール電圧Ｖｅを状況に応じて適当な値に制御することにより、Ａ／Ｄコンバータ５９の入力電圧Ｖｄを最適化させることができる。トランジスタのベース−エミッタ間の電圧は高温になるほど低下するが、最終的に０Ｖになることはない。すなわちベース−エミッタ間電圧は、温度が上昇するにつれてオフセット成分を有するものとみなすことができる。従ってこの制御回路５７より、コントロール電圧Ｖｅ（＝Ｒ４×Ｉ１）をオフセット成分をとして制御することにより、Ａ／Ｄコンバータ３３は、オフセット成分の除去された温度変化成分のみで表される入力電圧Ｖｄを得ることができる。
【００５５】
また式（２）のＲ４×（Ｖａ−Ｖｃ）／Ｒ２の項において、Ｒ４／Ｒ２は、温度検出回路３のゲインを示している。すなわち負荷抵抗５８の抵抗値Ｒ４を適切に設定することにより、ＣＳＵＢ端子２５とΦＳＵＢ端子２６との電位差を、Ａ／Ｄコンバータ５９に適した電位差まで増幅させることが可能となる。これにより、Ａ／Ｄコンバータ５９は、温度情報を高精度に生成することができる。
【００５６】
すなわち、本発明に係る温度検出回路３０は、抵抗５６１の抵抗値Ｒ２や、負荷抵抗５８の抵抗値Ｒ４を適切に設定することによりゲインを調整し、さらに抵抗５７４の抵抗値Ｒ６を適切に設定することで、オフセット成分を除去することにより、Ａ／Ｄコンバータ５９の入力電圧範囲に合わせることができ、電源電圧の変動やばらつきの影響を受けることなくデジタル出力値としての温度情報を高精度に生成することができる。また温度検出回路３は、通常約８〜１２ＶのばらつきがあるＣＳＵＢ端子２５の電圧を、ａ点に対する定電流回路の基準電圧とすることができるため、かかるばらつきの影響を受けずに安定した温度情報を取得することができる。
【００５７】
また、このような構成からなる温度検出回路３を備える温度制御装置１は、上述の如く固体撮像素子２１の温度を正確に検出することができる。このため本発明では、制御信号生成部４においてかかる検出した温度に基づいて制御信号を生成し、またペルチェ用可変電源５において制御信号生成部から送信される制御信号に基づいてペルチェ素子６へ印加する電圧をフィードバック制御することができるため、ＣＣＤチップ筐体２内の固体撮像素子２１を最適な温度まで冷却することにより暗電流ノイズを効率的に軽減させることができる。
【００５８】
また上述の温度検出回路３を備える温度制御装置１は、トランジスタ２４のベース−エミッタ間の電位差により、固体撮像素子２１の温度変化を直接的に検出することができる。これにより、従来技術の如く固体撮像素子を固定する基板やそれらを実装する筐体等の熱容量の影響を受けることはなくなり、固体撮像素子の温度変化を時間的な遅延を生ずることなく検出することができ、温度の目標値を中心に上下動を繰り返すハンチング現象を抑えることもできる。
【００５９】
また、本発明では、外部バイパスコンデンサを接続するためのＣＳＵＢ２５や、外部から電子シャッターパルスを入力するために設けられたΦＳＵＢ２６を有効活用して、トランジスタ２４の温度依存性に基づき温度を固体撮像素子２１の温度を検出することができる。これにより、従来技術の如く温度センサを設ける必要がなくなり、新たな熱経路が導入されることがなくなるため、他の回路部品等で発生された熱が流入することもなくなり、冷却効率を向上させることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る固体撮像素子の温度検出装置及び方法は、固体撮像素子に接続されたトランジスタのベース、エミッタ間の電位差をそれぞれ短絡された外部端子を介して検出し、この検出した電位差に応じて温度情報を生成することができる。これにより温度検出装置及び方法は、トランジスタの温度依存性を利用して固体撮像素子の温度を高精度に検出することができる。
【００６１】
以上詳細に説明したように、本発明に係る固体撮像素子の温度制御装置及び方法は、固体撮像素子に接続されたトランジスタのベース、エミッタ間の電位差をそれぞれ短絡された外部端子を介して検出し、この検出した電位差に応じて温度情報を生成し、さらにこの温度情報に基づいて固体撮像素子の温度をフィードバック制御する。これにより、温度制御装置及び方法は、より正確に検出された固体撮像素子の温度に基づいて固体撮像素子を最適な温度までフィードバック制御することにより、暗電流ノイズを効率的に軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した温度制御装置の構成について説明するための図である。
【図２】温度制御装置により温度制御されるＣＣＤチップ筐体２の内部構成例を示す図である。
【図３】温度検出回路の内部構成例について示した図である。
【図４】温度検出回路により生成された温度情報について説明するための図である。
【図５】温度検出回路の他の具体的な内部構成について説明するための図である。
【図６】従来の温度制御システムの構成例を示した図である。
【図７】従来の温度制御システムの他の構成例を示した図である。
【図８】熱経路を遮断し、或いは断熱材を配設して断熱することによりペルチェ素子の扱う熱流を最小限に抑える例を示した図である。
【符号の説明】
１　温度制御装置、２　ＣＣＤチップ筐体、３　温度検出回路、４　制御信号生成部、５　ペルチェ用可変電源、６　ペルチェ素子、３１　電流出力アンプ、３２　負荷抵抗、３３　Ａ／Ｄコンバータ、３４　ＦＥＴスイッチ、３５　コンデンサ
【図１】
2004088353.tif 000003
【図２】
2004088353.tif 000004
【図３】
2004088353.tif 000005
【図４】
2004088353.tif 000006
【図５】
2004088353.tif 000007
【図６】
2004088353.tif 000008
【図７】
2004088353.tif 000009
【図８】
2004088353.tif 000010