JP2006191465A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号処理デバイス上にＣＣＤイメージセンサーをはじめとする固体撮像素子が積層されている電子機器において、信号処理デバイスと固体撮像素子から発生する熱によるこれらの素子の温度上昇を防ぐことにより、出力される画像の画質を向上することができる電子機器を提供する。
【解決手段】 ペルチェ素子上にＣＣＤイメージセンサーなどの固体撮像素子からの電気信号を受け信号処理を行う信号処理デバイス、さらにこの信号処理デバイスの上にＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサーなどの固体撮像素子が積層配置されている。また、これらは、これらを保持するための部材とレンズやフィルターなどの光学部品とこれを保持する部材によりモジュール化されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサーなどの固体撮像素子を用い画像をセンシングし、映像化あるいは写真化するための電子機器に関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等では、画像のセンシングにＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサー等の半導体を用いた固体撮像素子を用いているが、これらの半導体を用いたイメージセンサーは、温度上昇と共に暗電流が増化する。この暗電流の増化は、センシングした画像の画質の低下をもたらしている。

また、上記イメージセンサーから出力される電気信号は、信号処理デバイスにより処理されることにより画像化されるが、この信号処理デバイスは、高速動作するため非常に大きな電力を消費し、大きな発熱源となる。

一方、電子機器や光学部品の小型化要求に対して、レンズやフィルターなどの光学系とイメージセンサーを保持し、電気的に実装する基板をパッケージとし、イメージセンサーをこの中に封入する構造がとられてきているが、さらに、イメージセンサーと信号処理デバイスは非常に近接した位置に実装されるようになってきており、信号処理デバイスの上にイメージセンサーを直接接着し、実装しモジュール化したものが多用されるようになった。たとえば、このような例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。
特開平１１−２６１０４４号公報 特開２００４−６５６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来のモジュール化されたものには、イメージセンサーや信号処理デバイスからの熱を放出するために、ヒートシンクが取付けられるが、信号処理デバイスから発熱した熱の影響は避けられず、イメージセンサーが加熱され、温度上昇をきたすため画質の劣化が著しかった。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。

本発明の電子機器は、イメージセンサーが取付けられた信号処理デバイスをその裏面よりペルチェ素子により冷却することによりイメージセンサーの温度上昇を防ぎ、さらに、下げることができることを特徴とするものである。

また、ペルチェ素子を発熱体である信号処理デバイスに直接とりつけるため、吸熱効率が高まると同時に、全体の大きさを小さく留めることが出来る。

さらに、光学部品や保持部品・配線部品等によりパッケージされるので、ペルチェ素子により室温以下に冷却した場合においても、雰囲気より結露を生じることが無くなる。

本発明によれば、イメージセンサーの温度上昇を押さえるだけでなく下げることができるので、イメージセンサーの性能に係わる暗電流を下げることがきる。これにより、優れた質の画像出力できる電子機器を提供することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る電子機器について、図面を参照して説明する。図１は、本発明である電子機器の主要部の断面図である。電気配線が施された基板１上にペルチェ素子２が接着剤等により固定され、電気的にはワイヤー３により基板１上の配線に接続され電力が供給されるようになっている。ペルチェ素子２は、その放熱面側が基板１側となるように配置されている。信号処理デバイス４はペルチェ素子２の吸熱面側に取付けられペルチェ素子２と同様にワイヤー３により基板１に電気的に接続され信号の入出力ができるようになっている。さらに、ＣＣＤイメージセンサー５は信号処理デバイス４に接続されており、電気的にはワイヤー３により外部と接続が取られている。このペルチェ素子２、信号処理デバイス４およびＣＣＤイメージセンサー５は、フィルター７およびレンズ８を保持した鏡筒６と、ペルチェ素子２、信号処理デバイス４及びＣＣＤイメージセンサー５を保持すると共にこれらに電力を供給する前記基板１により覆われることで、パッケージ化された状態にたもたれ、いわゆるカメラモジュール９を構成した形となっている。

このカメラモジュール９にヒートシンクを取り付け、ＣＣＤイメージセンサー５、信号処理デバイス４および関連周辺部品を動作させ画像を取り込んだ。このとき、ペルチェ素子２を動作させずに動作した場合、ＣＣＤイメージセンサー５の温度は、初期温度２５℃であったものが、４２℃まで上昇した。これは、ＣＣＤイメージセンサー５の発熱に加え、信号処理デバイス４の発熱が加わったため、このような大幅な温度上昇をきたしたものである。つぎに、ペルチェ素子２に電流を流し、このペルチェ素子２上に取付けられたＣＣＤイメージセンサー５と信号処理デバイス４の冷却を行った。ヒートシンク能力とのバランスをとりながらペルチェ素子２への投入電力を調整したところ、ＣＣＤイメージセンサー５の温度は２０℃となった。

ペルチェ素子を取付けていない従来の品の構造を図２に示す。これに対しても同様の実験を行ったところ、ＣＣＤイメージセンサー５の温度は４０℃となっていた。このことから、本発明によるＣＣＤイメージセンサー５に対する冷却効果は４０℃−２０℃＝２０℃ということになる。一般に、シリコンを用いたＣＣＤイメージセンサー５では、８℃の温度低下に対して、ノイズは半減する。したがって、本実施形態では、ノイズが約１８％、すなわち、８２％のノイズ低減が図れたことになる。

(第２実施形態)
次に、図３をもとに本発明の第２実施形態について説明する。

図３に示すように、ペルチェ素子に取り付ける基板１にスルーホール（貫通孔）を形成し、基板表面およびスルーホール内を熱伝導率が高い金属、例えば銅などによりメタライズして熱伝導層１０を形成する。この熱伝導層１０の上にペルチェ素子２の放熱面を配置することにより、熱が貫通孔内の熱伝導層を通って基板裏側の熱伝導層に伝わる。従って、ペルチェ素子２およびこれに搭載されているＣＣＤイメージセンサー５と信号処理デバイス４からの熱の放散性を高めることができる。

（第３実施形態）
さらに、熱の放散性を高めるためには、図４に示すような金属等からなる熱伝導性の高いヒートシンク１１を直接ペルチェ素子２に接続してもよい。図４では、基板１に穴部を設け、この基板の裏面に設けたヒートシンク１１の一部を穴部から突出させて直接ペルチェ素子２の放熱側と接続する構造となっている。

なお、本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサーを用いたが、ＣＭＯＳイメージセンサーでも同様の効果が得られることはいうまでもない。

本発明の第１実施形態に係わる電子機器の概要を示す図である。 従来例の概要を示す図である。 本発明の第１実施形態に係わる電子機器の別の例の概要を示す図である。 本発明の第１実施形態に係わる電子機器の別の例の概要を示す図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・ペルチェ素子
３・・・ワイヤー
４・・・信号処理デバイス
５・・・ＣＣＤイメージセンサー
６・・・鏡筒
７・・・フィルター
８・・・レンズ
９・・・カメラモジュール
１０・・・熱伝導層
１１・・・ヒートシンク

Claims (7)

1. ペルチェ素子と、
   前記ペルチェ素子上に配置され撮像素子からの電気信号を受けて信号処理を行う信号処理デバイスと、
   前記信号処理デバイス上に配置された撮像素子と、からなることを特徴とする電子機器。
2. 前記ペルチェ素子を搭載し、前記ペルチェ素子、前記信号処理デバイス、及び前記撮像素子に電力を供給する基板と、
   前記撮像素子の上に配置された光学部品を保持する保持部材と、からなり、
   前記基板と前記保持部材とで、前記ペルチェ素子、前記信号処理デバイス、及び前記撮像素子を覆ったことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記基板に取り付けられた放熱部材を有し、この放熱部材に前記ペルチェ素子の放熱面が接続されていることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
4. 前記放熱部材は、前記基板の裏面に設けられ、前記基板に設けられた穴部から上方に突出することで前記ペルチェ素子の放熱面と接続することを特徴とする請求項３記載の電子機器。
5. 前記基板表面に設けられた熱伝導層を有し、この熱伝導層に前記ペルチェ素子の放熱面が接続されていることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
6. 前記基板は貫通孔を有し、この貫通孔内にも熱伝導層を設けたことを特徴とする請求項５記載の電子機器。
7. 前記電子機器はカメラモジュールであることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の電子機器。

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