処理装置、固体撮像素子および光通信システム
【課題】光通信を行う場合に、光送信部の周囲に設けられた画素部等の各部の冷却を最適化する。
【解決手段】固体撮像素子１０側の平均発光レベル検出部２０により光送信部１４の平均発光レベルが検出される。平均発光レベル検出部２０で検出された光送信部１４の平均発光レベルは、処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給される。光送信部発熱判断部６０では、光送信部発熱判断部６０から供給された平均発光レベルに基づいて光送信部１４が発熱しているか否かが判断される。光送信部１４が発熱していると判断されると、光送信部発熱判断部６０から平均発光レベルに対応した光送信部１４の温度Ｔが発熱抑制指示部８０に供給される。発熱抑制指示部８０では、光送信部１４の温度Ｔをパラメータとして、熱伝播関数に基づいて光送信部１４から画素部１２等の各部のそれぞれに伝播する熱量が算出され、算出した熱量に基づいて各部の温度が推定される。
【解決手段】固体撮像素子１０側の平均発光レベル検出部２０により光送信部１４の平均発光レベルが検出される。平均発光レベル検出部２０で検出された光送信部１４の平均発光レベルは、処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給される。光送信部発熱判断部６０では、光送信部発熱判断部６０から供給された平均発光レベルに基づいて光送信部１４が発熱しているか否かが判断される。光送信部１４が発熱していると判断されると、光送信部発熱判断部６０から平均発光レベルに対応した光送信部１４の温度Ｔが発熱抑制指示部８０に供給される。発熱抑制指示部８０では、光送信部１４の温度Ｔをパラメータとして、熱伝播関数に基づいて光送信部１４から画素部１２等の各部のそれぞれに伝播する熱量が算出され、算出した熱量に基づいて各部の温度が推定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置、固体撮像素子および光通信システムに関する。詳細には、光送信部の出力に応じた発熱情報を検出し、検出した発熱情報に基づいて光送信部が発熱しているか否かを判断し、光送信部が発熱したと判断された場合に、発熱情報に対応した光信号の温度情報をパラメータとする熱伝播関数を用いて各部に伝播する熱量や各部の温度を算出する処理装置等に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、データ伝送の大容量化・高速化に伴い、大容量・高速通信・低損失性に優れた光通信が広く利用されている。例えば、撮像装置などの電子機器においては、固体撮像素子により得られた画像信号を処理部に光無線通信により送信する電子機器が提案されている。この電子機器は、光信号を送信する光送信部と光送信部から送信された光信号を受信する光受信部とを備え、これらの機器間において光通信を行うものである。
【０００３】
ここで、固体撮像素子の光通信部で発生した熱は、固体撮像素子内の画素部、Ａ／Ｄ変換部および配線伝送路等に対して熱雑音を増加させてしまうおそれがある。この熱雑音の増加により、上記各部のＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）の劣化や配線伝送路における伝送エラーを引き引き起こす場合がある。
【０００４】
そこで、撮像装置などの電子機器内部において発生した熱による温度上昇を抑制する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、カメラヘッドに備えられた温度検出手段でカメラヘッドの内部温度を検出し、カメラ本体に備えられた温度判定手段により温度検出手段で検出した温度が所定温度を越える温度であるか否かを判定するカメラシステムが開示されている。このカメラシステムによれば、カメラヘッド内に備えられた撮像素子のノイズの影響が小さく抑えられて良好な画像を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４０７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるカメラシステムは、温度検出手段に設けられたカメラヘッドの内部の全体の温度を検出するものである。しかし、光送信部と光受信部との間で光通信を行う光通信システムにおいては、レーザダイオード等の発光素子が用いられるため、内部の温度に応じて、発光量の劣化が生じたり、発光していない等の問題が生じる場合がある。このような場合には、内部の全体温度を検出するよりも、特定の熱源（発光素子）の発熱を検出することが重要となってくる。
【０００７】
さらには、個々の各部に伝播する熱は、光送信部と各部の距離や媒体等によって異なるものである。これに伴い、各部の温度も異なってくるため、内部全体を均一に冷却することが好ましくない場合もある。その結果、熱雑音を抑制できずに、各部のＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）の劣化や伝送エラーを引き引き起こしてしまうという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光通信を行う場合に、光送信部の周辺に設けられた画素部等の各部の冷却を最適化できるようにした処理装置、固体撮像素子および光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る処理装置は、上記課題を解決するものであり、固体撮像素子に設けられた光送信部から出力される光信号を受信する光受信部と、前記固体撮像素子から供給される前記光送信部の出力による発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記固体撮像素子に設けられた光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを備えるものである。
【００１０】
また本発明に係る固体撮像素子は、入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部と、前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを備えるものである。
【００１１】
また本発明に係る光通信システムは、入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部とを有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光送信部から出力される前記光信号を受信する光受信部と、前記固体撮像素子の前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを有する処理装置とを備えるものである。
【００１２】
本発明に係る光通信システムにおいては、固体撮像素子側の発熱情報検出部により、光送信部の出力に応じた発熱情報が検出される。発熱情報としては、例えば、光送信部の温度や光送信部から出力される光信号の発光レベル等が挙げられる。発熱情報検出部で検出された発熱情報は、処理装置側の光送信部発熱判断部に供給される。
【００１３】
処理装置側の光送信部発熱判断部では、発熱情報部から供給された発熱情報に基づいて光送信部が発熱しているか否かが判断される。光送信部発熱判断部において光送信部が発熱していると判断されると、発熱情報に応じて予め設定された温度情報が光送信部発熱判断部から発熱抑制指示部に供給される。例えば、発熱情報検出部において発光レベルを検出する場合には、発光レベルに応じて予め保持された光送信部の温度が用いられる。また発熱情報検出部において光送信部の温度を検出する場合には、検出した光送信部の温度がそのまま用いられる。発熱抑制指示部では、光送信部発熱判断部から供給された温度情報をパラメータとして熱伝播関数を用いて、光電変換部を含む各部における温度や熱量などの周辺熱情報が算出される。すなわち、発熱抑制指示部では、光送信部と各部との間の距離や媒体、周辺温度等の条件によって各部に伝播する熱が異なるので、各部の距離等の条件を考慮して各部毎の熱量が算出される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光送信部の温度情報に基づいて熱伝播関数により、光送信部の周辺に設けられた各部の熱量や温度等の周辺熱情報を算出することができる。これにより、光送信部だけでなく、光送信部の周辺に設けられた各部の冷却についても最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１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て説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システム１００Ａの構成例を示すブロック図である。
【００１６】
光通信システム１００Ａは、画像信号等を生成する固体撮像素子１０と固体撮像素子１０から光通信により送信された画像信号等に所定の処理を施す処理部（処理装置）５０とを備えている。この光通信システム１００Ａは、固体撮像素子１０側での平均発光レベルを検出し、処理部５０側で検出された平均発光レベルを用いて固体撮像素子１０が発熱しているかを判断するものである。
【００１７】
固体撮像素子１０は、光電変換部の一例である画素部１２と光送信部１４と発光レベル検出部の一例である平均発光レベル検出部２０とを有している。画素部１２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサから構成され、図示しないレンズ等を介して入射された撮像光を画素毎に電気信号に変換して画像信号を生成する。画像信号は、例えば、増幅部で、ゲイン調整が行われ、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling circuit）によりノイズ除去される。ゲイン調整されたアナログの画像信号は、Ａ／Ｄ変換部によりディジタルの画像信号に変換されて光送信部１４に供給される。
【００１８】
光送信部１４は、例えばレーザダイオード（LD：Laser Diode)や面発光型半導体レーザアレイ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)から構成されている。光送信部１４は、例えば、画像信号に応じた変調電流および図示しない制御部から駆動電流が供給されると、画素信号を光信号に変換して出力（発光）する。
【００１９】
平均発光レベル検出部２０は、光送信部１４から出力される光信号を検出し、検出した光信号の発光レベル（光量）に基づいて光信号の平均発光レベルを算出する。平均発光レベル検出部２０は、算出した平均発光レベルを処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給する。
【００２０】
処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と制御部５４とを有している。光受信部５２は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）から構成され、光送信部１４から出力された光信号を受信して電気信号に変換する。電気信号に変換された画像信号は、後述するように所定の処理が施される。光送信部発熱判断部６０は、発熱判断部の一例であり、固体撮像素子１０側の平均発光レベル検出部２０から供給される平均発光レベルに基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。
【００２１】
制御部５４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とから構成されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムを実行して光通信システム１００Ａの固体撮像素子１０および処理部５０の動作を制御する。
【００２２】
次に、平均発光レベル検出部２０について説明する。図２は、平均発光レベル検出部２０の構成例を示すブロック図である。平均発光レベル検出部２０は、受光部２０１と増幅部２０２と積分部２０３とを有している。受光部２０１は、例えばモニタＰＤから構成され、光送信部１４から出力された光信号を受光して電気信号に変換して増幅部２０２に供給する。
【００２３】
積分部２０３は、増幅部２０２で増幅された光信号を積分して平滑化し、平滑化した光信号を増幅部２０２にフィードバックする。増幅部２０２は、受光部２０１から供給される光信号を積分部２０３からのフィードバック信号に基づいて増幅することにより、光送信部１４で出力された光信号の平均発光レベルを出力する。
【００２４】
図３は、増幅部２０２により増幅された光（入力）信号の周波数特性を示すグラフである。縦軸は光信号の出力値（ｄＢ）であり、横軸はその周波数である。本例では、光信号がＦ［Ｈｚ］以下の周波数を含む信号であり、図３に示した増幅部２０２の周波数特性である場合を想定する。図３に示すように、増幅部２０２により増幅される光信号は、領域Ａｔ（平坦領域），領域Ｂｔ（こぶ領域）に比べると、領域Ｃｔ（リニア領域），領域Ｄｔ（減衰領域）の周波数成分は減衰している。
【００２５】
増幅部２０２では増幅時に、例えば熱雑音（Ｎ（Ｋ））、１／ｆノイズ（Ｎ（１／ｆ））、ランダムノイズ（Ｎrandom）が発生する。光信号に含まれる全体のノイズは以下の式（１）で与えられる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
積分部２０３は、増幅部２０２から供給された光信号を平滑化し、光信号の周波数特性の安定化および光信号に含まれるランダムノイズの除去を行う。本願発明は増幅の特性に応じて積分時間を定義する。ランダムノイズの除去は以下の式を満たすように行われる。すなわち、式（２）のＮrandomが最小（ゼロ）となるようなＴに設定することでランダムノイズＮrandomを除去することができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
また、光信号の出力波形の精度を上げるためには、出力波形に含まれるノイズを十分に抑制することができ、かつ、増幅部２０２の領域Ａの周波数成分を十分に含むような積分時間を設定することが好ましい。ここで、ノイズとは、上述したランダムノイズＮrandomを含む広義のノイズを意味しており、増幅部２０２以外、例えば画素部１２やＡ／Ｄ変換部１８で生じるノイズを含んでいる。ノイズを抑えるためには、積分時間Ｔを長く設定すれば良いが、あまり大きく設定すると光信号の変化が緩やかになり変化を検出することができなくなることが想定される。そこで、積分時間Ｔは、例えば図３で示した領域Ａの周波数成分を含み、領域Ｂｔの周波数成分が抑えられる式（３）に示す時間Ｔに設定することが好ましい。
【００３０】
【数３】
【００３１】
したがって、上述したランダムノイズＮrandomおよび広義のノイズを除去するためには、上記式（２）のランダムノイズＮrandomを最小とすると共に、上記（３）を満たすような積分時間Ｔに設定する。そして、積分部２０３は、増幅部２０２から供給された光信号を上記積分時間Ｔにより積分を行い、積分により得られたフィードバック信号を増幅部２０２にフィードバックする。フィードバック信号は、Ｆ１［Ｈｚ］までの周波数成分を含むものとする。
【００３２】
増幅部２０２では、積分部２０３からのフィードバック信号により、入力と出力の特性が等しくなるように動作するので、増幅部２０２から出力される光信号は、Ｆ１［Ｈｚ］の周波数成分を大きく含む信号になる。これにより、増幅部２０２からは、ランダムノイズＮrandomや広義のノイズが除去された安定化した光信号が出力される。
【００３３】
図４は、他の平均発光レベル検出部２０Ａの構成例を示す図である。平均発光レベル検出部２０Ａは、平均発光レベルの精度のさらなる向上を図るため、上述した受光部２０１、増幅部２０２および積分部２０３の他に、さらに演算部２０４を有している。
【００３４】
図５は、増幅部２０２で増幅処理された光信号の出力波形を示すグラフである。縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。演算部２０４では、増幅部２０２で増幅処理された光信号の出力波形に対して、互いに異なる複数の時間（ｔ0〜ｔn）でのサンプル（出力）値（Ａ0〜Ａn）を利用して、光送信部１４から出力される光信号の平均受光レベルを算出する。
【００３５】
（第１の構成例）
図６は、演算部２０４の第１の構成例を示すブロック図である。演算部２０４は、複数の減算部５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ，５０１ｄと比較・演算部５０２と重み付け部５０３，５０３ｂ，５０３ｃ，５０３ｄと加算部５０４とから構成されている。
【００３６】
減算部５０１ａは、現在の時間である時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ3の発光レベルＡ3を減算して比較・演算部５０２に出力する。減算部５０１ｂは、時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ2の発光レベルＡ2を減算して比較・演算部５０２に出力する。減算部５０１ｃは、時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ1の発光レベルＡ１を減算して比較・演算部５０２に出力する。減算部５０１ｄは、時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ0の発光レベルＡ0を減算して比較・演算部５０２に出力する。
【００３７】
比較・演算部５０２は、減算部５０１ａ〜５０１ｄから入力される差分値に基づいて光信号の外形を推定し、推定した光信号の外形を重み付け部５０３ａ〜５０３ｄのそれぞれに出力する。
【００３８】
重み付け部５０３ａは、光信号の外形における時間Ａ3のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ４を重み付け演算して加算部５０４に出力する。重み付け部５０３ｂは、光信号の外形における時間Ａ2のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ３を重み付け演算して加算部５０４に出力する。重み付け部５０３ｃは、光信号の外形における時間Ａ1のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ２を重み付け演算して加算部５０４に出力する。重み付け部５０３ｄは、光信号の外形における時間Ａ0のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ１を重み付け演算して加算部５０４に出力する。
【００３９】
加算部５０４は、重み付け部５０３ａ〜５０３ｄから出力される重み付けされた各サンプル値と時間ｔ4のサンプル値を加算する。そして、例えば、加算値と平均発光レベルとが対応付けられたルックアップテーブルを参照することにより、加算値に対応した平均発光レベルが得られる。また、加算値そのものを平均発光レベルとしてもよい。
【００４０】
（第２の構成例）
図７は、演算部２０４の第２の構成例を示すブロック図である。平均発光レベル検出部２０Ａは加算部５０４を有している。加算部５０４は、光送信部１４から入力される、光信号の時間ｔ0〜ｔ4におけるサンプル値を取得して加算する。そして、加算部５０４は、上述したように、例えば加算値と平均発光レベルとが対応付けられたルックアップテーブルを参照することにより、加算値に対応した平均発光レベルを取得する。
【００４１】
（第３の構成例）
図８は、演算部２０４の第３の構成例を示すブロック図である。平均発光レベル検出部２０Ａは、遅延器５０６ａ，５０６ｂ，５０６ｃと、加算部５０４とから構成されている。増幅部２０２から出力された光信号の発光レベル（サンプル値（Ａ（ｔ）））は演算部２０４に入力され、各遅延器５０６ａ，５０６ｂ，５０６ｃによって１サンプリングずつ遅延される。例えば、遅延器５０６ａには時間ｔ3におけるサンプル値Ａ3が保持され、遅延器５０６ｂには時間t2におけるサンプル値Ａ2が保持され、遅延器５０６ｃには時間ｔ1におけるサンプル値Ａ1が保持される。
【００４２】
演算部２０４に時間ｔ4におけるサンプル値Ａ4が入力されると、加算部５０４にサンプル値Ａ1〜Ａ4が入力される。加算部５０４はサンプル値Ａ1〜Ａ4を加算する。そして、例えば加算値と平均発光レベルとが対応付けられたルックアップテーブルを参照することにより、加算値に対応した平均発光レベルを取得する。
【００４３】
次に、光送信部発熱判断部６０について説明する。まず、光送信部発熱判断部６０を説明する前に、半導体レーザ（光送信部１４に相当）の温度上昇と、半導体レーザの動作の関係について説明する。図９は、一般的な半導体レーザの温度上昇と半導体レーザの動作の関係を説明するための図である。式（ｉ）は動作（駆動）電流Ｉopと光量Ｐとの関係を示す式であり、式（ｉｉ）は発振領域における温度上昇ΔＴj（直流動作）を示す式であり、式（ｉｉｉ）は閾値電流と温度上昇ΔＴjの関係を示す式である。
【００４４】
半導体レーザに動作電流Ｉopが流れると、閾値電流Ｉthは一定であるので温度上昇ΔＴjを引き起こす（式（ｉｉ）参照）。半導体レーザの温度上昇ΔＴjが引き起こされると、閾値電流Ｉthは増加する（式（ｉｉｉ）参照）。閾値電流Ｉthが増加して外部微分量子光率ηdが低下すると、光量Ｐが小さくなる（式（ｉ）参照）。一方、光量Ｐを保持するために動作電流Ｉopを増加すると、さらに温度上昇ΔＴjを引き起こす。そこで、閾値電流Ｉthを小さく、外部微分量子効率ηdを高く、熱抵抗を小さくする工夫が必要となる。
【００４５】
図１０は光送信部発熱判断部６０の構成例を示すブロック図である。光送信部発熱判断部６０は、比較部６０１と演算部６０２とデータ保持部６０３と値参照部６０４とを有している。
【００４６】
データ保持部６０３には、例えば、平均発光レベル検出部２０から出力される単位時間毎の平均発光レベルＡ（ｔ）が更新されて保持されると共に、光送信部１４の発熱の可否を判断する際に用いられる閾値としての発熱時発光レベル閾値Ａthが保持される。発熱時発光レベル閾値Ａthとは、例えば、発熱により光送信部１４等に悪影響を及ぼす温度を発熱温度としたときの光送信部１４の発光レベルである。
【００４７】
値参照部（ルックアップテーブル）６０４には、光送信部１４を駆動する駆動電流と、駆動電流に応じた平均発光レベルおよび光送信部１４の温度とが対応付けられて記憶される。図１１は、光送信部１４の駆動（順）電流と光出力の関係の一例を示す図である。縦軸は光信号の光量Ｐo（光出力）を示し、横軸は順電流を示す。例えば、順電流Ｉfを８０ｍＡとした場合、光送信部１４の温度が２５℃のときには光出力Ｐoが３０ｍＷであり、光送信部１４の温度が６０℃のときには光出力Ｐoが１５ｍＷである。このように、同じ順電流Ｉfを光送信部１４に供給したとしても、光送信部１４の温度によって出力される光信号の光出力Ｐoは変化する。すなわち、光送信部１４の温度が上昇すると消光比、発光（受光）レベルは小さくなる。値参照部６０４には、このような関係を有するパラメータのそれぞれが互いに関連付けられて記憶される。
【００４８】
図１０に戻り、比較部６０１は、平均発光レベル検出部２０から平均発光レベルＡ（ｔ）を取得すると共に、データ保持部６０３に保持されている発熱時発光レベル閾値Ａthを参照する。比較部６０１は、取得した平均発光レベルＡ（ｔ）と発熱時発光レベル閾値Ａthとを比較する。
【００４９】
演算部６０２は、比較部６０１の比較結果に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断し、判断結果を後述する発熱抑制指示部８０（図１参照）に供給する。また、演算部６０２は、平均発光レベル検出部２０から出力された平均発光レベルＡ（ｔ）に対応した光送信部１４の温度Ｔ（ｔ）を値参照部６０４から取得して、後述する発熱抑制指示部８０に供給する。温度Ｔ（ｔ）は、画素部１２等の各部の温度を取得（推定）する際に用いられる。
【００５０】
次に、光送信部発熱判断部６０の判断動作について説明する。
＜第１の判断動作＞
図１２は光送信部発熱判断部６０の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。図１３に示す光送信部発熱判断部６０に入力される平均発光レベルの時間変化を示すグラフを参照しながら説明する。ステップＳＴ１０で比較部６０１は、平均発光レベル検出部２０から出力される光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）を取得してステップＳＴ１２に進む。
【００５１】
ステップＳＴ１２の比較部６０１は、データ保持部６０３から発熱時発光レベル閾値Ａthを読み出し、平均発光レベルＡ（ｔ）と発熱時発光レベル閾値Ａthとを比較する。比較した結果、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも小さいと判断した場合（図１３の例えばＰ１参照）にはステップＳＴ１６に進む。一方、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも大きいと判断した場合（図１３の例えばＰ２参照）にはステップＳＴ１４に進む。
【００５２】
ステップＳＴ１６で演算部６０２は、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも小さい場合、光送信部１４が所定の温度、例えば光送信部１４や周辺の各機能部に悪影響を与える温度以上になったと判断し、光送信部１４が発熱していると判断する。
【００５３】
一方、ステップＳＴ１４で演算部６０２は、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも大きい場合、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ１０に戻る。ステップＳＴ１０では時間（ｔ＋１）に対応した平均発光レベルＡ（ｔ＋１）を取得し、上述した一連の判断動作を繰り返し行う。
【００５４】
＜第２の判断動作＞
図１４は、光送信部発熱判断部６０の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ２０で比較部６０１は、平均発光レベル検出部２０から出力される現在の時間における光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）を取得すると共に、データ保持部６０３から過去の時間における平均発光レベルＡ（ｔ−１）を取得する。
【００５５】
ステップＳＴ２２で比較部６０１は、現在の平均発光レベルＡ（ｔ）と過去の平均発光レベルＡ（ｔ−１）との差分を算出して平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ）を取得する。同様の処理により、例えば過去の平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ−１）を取得する。
【００５６】
ステップＳＴ２４で比較部６０１は、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ）が０よりも小さいか否かを判断すると共に、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ−１）が０よりも小さいか否かを判断する。つまり、本例では、連続する時間において連続して平均発光レベル変化量ΔＡが減少傾向にある場合には、光送信部１４の温度が上昇していると判断する。比較部６０１は、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ）＜０、かつ、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ−１）＜０の条件を満たすと判断した場合にはステップＳＴ２６に進み、上記条件を満たさないと判断した場合にはステップＳＴ２８に進む。
【００５７】
ステップＳＴ２６で演算部６０２は、上記条件を満たすと判断した場合、光送信部１４の温度が上昇しているとして、光送信部１４が発熱していると判断する。一方、ステップＳＴ２８で演算部６０２は、上記条件を満たさないと判断した場合、ｔをインクリメントしてステップＳＴ２０に戻る。ステップＳＴ２０では時間（ｔ＋１）に対応した平均発光レベル変化量Ａ（ｔ＋１）を取得し、上述した一連の判断動作を繰り返し行う。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、平均発光レベル検出部２０により光送信部１４から出力された光信号の平均発光レベルを算出するので、算出した平均発光レベルの変化に基づいて光送信部１４が発熱したかを判断することができる。これにより、発熱源を正確に特定することができ、例えば光送信部１４に対して冷却処理を行う場合には、光送信部１４の発熱に応じた最適な冷却処理を行うことができる。また、本実施の形態によれば、平均発光レベル検出部２０を固体撮像素子１０側に設けるので、平均発光レベル検出部２０を光送信部１４と同一のチップに集積することができる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光通信システム１００Ｂについて説明する。本実施の形態では、処理部５０または固体撮像装置１０に光波形歪検出部７０を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１の実施の形態の光通信システム１００Ａと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６０】
図１５（Ａ）は、光波形歪検出部７０を処理部５０に設けた場合の光通信システム１００Ｂの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｂは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光波形歪検出部７０と光送信部発熱判断部６０と制御部５４とを有している。光波形歪検出部７０は、光受信部５２で受光された光信号の光波形歪度を検出するものであり、検出した光波形歪度を光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０から供給された光波形歪度に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。
【００６１】
また、光波形歪検出部７０は固体撮像素子１０側に設けることもできる。図１５（Ｂ）は、光波形歪検出部７０を固体撮像素子１０に設けた場合の光通信システム１００Ｂの構成例を示すブロック図である。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と光波形歪検出部７０とを有している。光波形歪検出部７０は、光送信部１４で発光された光信号の光波形歪度を検出し、検出した光波形歪度を処理部５０の光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０から供給された光波形歪度に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。
【００６２】
図１６は、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示した光波形歪検出部７０の構成を示すブロック図である。光波形歪検出部７０は、受光部７０１と増幅部７０２と演算部７０３と参照部７０４とを有している。受光部７０１は、例えばモニタＰＤから構成され、光送信部１４から発光された光信号を電気信号に変換して増幅部７０２に出力する。増幅部７０２は、受光部２０１から出力された光信号を増幅して演算部７０３に供給する。
【００６３】
参照部７０４は、遅延回路を有した電気回路や所定時間毎に更新されるルックアップテーブルにより構成され、ルックアップテーブルには例えば遅延を調整した光送信部１４の入力駆動波形が保持されている。演算部７０３は、増幅部７０２から出力された光信号の出力波形の歪度を、参照部７０４の入力駆動波形を参照することで算出して光波形歪度を光送信部発熱判断部６０に供給する。本例では、後述するように光信号の出力波形の歪度を３つの算出パターンにより算出している。光送信部発熱判断部６０は、光送信部発熱判断部６０により算出された光波形歪度に基づいて光送信部１４が発熱したか否かを判断する。
【００６４】
（第１の歪度算出方法）
まず、第１の歪度算出方法について説明する。第１の歪度算出方法は、光出力波形の立ち上がり、立下りの傾きに着目した方法である。図１７（Ａ）は入力駆動信号の入力駆動波形を示すグラフであり、図１７（Ｂ），図１７（Ｃ），図１７（Ｄ）は、光送信部１４の温度が変化したときに光受信部５２で受信される各光出力波形を示すグラフである。図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）の縦軸は波形の振幅を示し、横軸は時間を示す。なお、入力駆動波形に対して出力波形は遅延を生ずるが、遅延の位相に関しては省略して説明する。
【００６５】
図１７（Ｂ）〜図１７（Ｄ）に示すように、同じ入力駆動信号により光送信部１４を駆動した場合でも、光送信部１４の温度変化に応じて、光受信部５２で受信される光信号の光出力波形の立ち上がり（上昇）および立ち下がり（下降）時間が変化する。例えば、光送信部１４の温度が図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）の順番で上昇したとすると、光信号の光出力波形の立ち上がりおよび立下りの傾きは徐々に小さくなっていく。つまり、温度の上昇に伴い、光信号の光出力波形の立ち上がりの傾きは、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４の関係を満たしている。
【００６６】
図１８は光出力波形および入力駆動波形をモニタに表示したものであり、図１８（Ａ）は光送信部１４の温度が５°の場合であり、図１８（Ｂ）は光送信部１４の温度が２８°の場合である。ここでは、光波形出力として、光受信部５２での波形を例にとり、現象の説明を行う。図１８（Ａ）と図１８（Ｂ）とを比較すると、光送信部１４の温度が高い図１８（Ｂ）の光出力波形の傾きＩ６の方が、温度の低い図１８（Ａ）の光出力波形の傾きＩ５よりも小さくなっていることが分かる。
【００６７】
そこで、第１の歪度算出方法では、光出力波形の立ち上がり、立下りの傾きに着目して出力波形の歪度から光送信部１４が温度上昇しているか否かを判断する。具体的には、参照部７０４は、例えば、入力駆動信号の入力駆動波形の立ち上がりの傾きを基準傾き（閾値）として保持している。演算部７０３は、光信号の光出力波形の傾きと、参照部７０４から読み出した入力駆動波形の立ち上がりの基準傾きと比較し、比較結果を光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０の演算部７０３から供給された比較結果に基づいて、傾きの差が所定の閾値を超えた場合（例えば小さい場合）には光送信部１４が発熱していると判断する。そして、光送信部発熱判断部６０は、判断結果に基づく制御信号を生成して制御部５４（図１５参照）に供給する。制御部５４は、光送信部発熱判断部６０から供給される制御信号に基づいて後述する冷却部の制御を行う。
【００６８】
（第２の歪度算出方法）
次に、第２の歪度算出方法について説明する。第２の歪度算出方法は、光信号が出力されるまでの遅延時間（発振遅れ時間）の変化に着目した方法である。図１９（Ａ）は入力駆動信号の入力駆動波形を示すグラフであり、図１９（Ｂ），図１９（Ｃ），図１９（Ｄ）は、光送信部１４の温度が変化したときに光受信部５２で受信される各光出力波形を示すグラフである。図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）の縦軸は波形の振幅を示し、横軸は時間を示す。なお、入力駆動波形に対して出力波形は遅延を生ずるが、遅延の位相に関しては省略して説明する。
【００６９】
光送信部１４の温度と光送信部１４から光信号が出力されるまでの発振時間とは以下の式（４）により規定される。
【００７０】
【数４】
【００７１】
ここで、ｔdは発振遅れ時間であり、τnは電子のライフ・タイムであり、Ｉpは変調電流であり、Ｉbはバイアス電流であり、Ｉthは閾値電流である。また、Ｔ0は特性温度であり、Ｔjは活性層の温度であり、Ｉth0は係数である。上記式（４）の関係から、活性層の温度Ｔjに対して、発振遅れ時間ｔdは一意に決まり、Ｔj＝Ｆｕｎｄ（ｔｄ）の関係が成立する。
【００７２】
したがって、同じ入力駆動信号により光送信部１４を駆動した場合でも、光送信部１４の温度の変化により、光送信部１４から光信号が出力されるまでの発振時間が変化する。ここで、入力駆動信号の発振時間と光信号の発振時間との差を発振遅れ時間Ｔlとする。例えば、光送信部１４の温度が図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）、図１９（Ｄ）の順番で上昇したとすると、温度上昇に応じて光信号の発振遅れ時間Ｔlが長くなっていく。つまり、温度上昇に伴い、光信号の発振遅れ時間Ｔ１はＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たしている。
【００７３】
図２０は光出力波形および入力駆動波形をモニタに表示したものであり、図２０（Ａ）は光送信部１４の温度が２°の場合であり、図２０（Ｂ）は光送信部１４の温度が３０°の場合である。ここでは、光波形出力として、光受信部５２での波形を例にとり、現象の説明を行う。図２０（Ａ）と図２０（Ｂ）とを比較すると、光送信部１４の温度が高い図２０（Ｂ）の方が、発振遅れ時間が長くなっていることが分かる。
【００７４】
そこで、第２の歪度算出方法では、出力波形の立ち上がりの発振遅れ時間に着目して光送信部１４が温度上昇しているか否かを判断する。具体的には、参照部７０４は、入力駆動信号の入力駆動波形の発振遅れ時間を基準発振遅れ時間（閾値）として保持している。演算部７０３は、光信号の光出力波形の発振遅れ時間と、参照部７０４から読み出した入力駆動波形の基準発振遅れ時間と比較し、比較結果を光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０から供給された比較結果に基づいて、例えば発振遅れ時間の差が所定の閾値を超えた場合には光送信部１４が発熱していると判断する。
【００７５】
（第３の歪度算出方法）
次に、第３の歪度算出方法について説明する。第３の歪度算出方法では、光信号の出力波形の光送信部１４に入力される入力駆動信号の駆動波形に対する変形の度合い（波形歪度）に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。光信号の出力波形の光送信部１４に入力される入力駆動信号の駆動波形に対する変形の度合いを示す量（波形歪度）は、以下の式（５）により定義される。式（５）は入力駆動波形に対して、出力波形がどの程度波形形状が変化したかを定量化したものである。
【００７６】
【数５】
【００７７】
ここで、Ｔｘは、入力駆動波形（送信波形）であり、０から１の範囲にレベルが収まるように正規化されている。Ｒｘは出力波形（受信波形）であり、０から１の範囲にレベルが収まるように正規化されている。光送信部１４での処理遅延は補正してあるものとする。上記式（５）から分かるように、波形変形が大きいほど、波形歪度Ｄの値は大きくなる。つまり、光送信部１４の温度が上昇すると、波形歪度Ｄの値は大きくなる。
【００７８】
また、波形歪度Ｄは、図２１に示すように、光送信部１４の温度Ｔと関連付けて値参照部６０４のルックアップテーブルに保持される。このルックアップテーブルは、後述するように波形歪度Ｄから光送信部１４の温度Ｔを取得し、取得した温度Ｔから冷却対象物を冷却する際の冷却駆動電圧値等を算出する際に用いられる。
【００７９】
＜第１の判断動作＞
図２２は、第３の歪度算出方法の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。図２３に示す光送信部発熱判断部６０に入力される波形歪度を示すグラフを参照しながら説明する。
【００８０】
ステップＳＴ３０で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、光波形歪検出部７０の受光部７０１で受光した光信号の光出力波形と光波形歪検出部７０の参照部７０４から参照した入力駆動信号の入力駆動波形とを用いて上記式（５）により演算することで得られた波形歪度Ｄ（ｔ）を取得する。
【００８１】
ステップＳＴ３２で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、演算により得られた波形歪度Ｄ（ｔ）と予め設定された閾値Ｄthとを比較し、波形歪度Ｄ（ｔ）が閾値Ｄthよりも大きいと判断された場合（図２３の例えばＱ１参照）にはステップＳＴ３４に進む。一方、波形歪度Ｄ（ｔ）が閾値Ｄthよりも小さいと判断した場合（図１３の例えばＱ２参照）にはステップＳＴ３６に進む。
【００８２】
ステップＳＴ３４で光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は、波形歪度Ｄ（ｔ）が閾値Ｄthよりも大きいと判断した場合には、光送信部１４が所定の温度、例えば光送信部１４や周辺の各機能部に悪影響を与える温度以上になったと判断して光送信部１４が発熱していると判断する。
【００８３】
一方、ステップＳＴ３６の光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ３０に戻る。ステップＳＴ３０では時間（ｔ＋１）に対応した波形歪度Ｄ（ｔ＋１）を取得する。
【００８４】
＜第２の判断動作＞
図２４は、光送信部発熱判断部６０の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ４０で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、光波形歪検出部７０の受光部７０１で受光した光信号の光出力波形と光波形歪検出部７０の参照部７０４から参照した入力駆動信号の入力駆動波形とを用いて上記式（５）により演算することで得られた波形歪度Ｄ（ｔ）を取得すると共に、光送信部発熱判断部６０のデータ保持部６０３から過去の波形歪度Ｄ（ｔ−１）を取得する。
【００８５】
ステップＳＴ４２で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、現在の波形歪度Ｄ（ｔ）と過去の波形歪度Ｄ（ｔ−１）との差分を算出して波形歪度変化量ΔＤ（ｔ）を取得する。同様にして、例えば過去の波形歪度変化量ΔＤ（ｔ−１）を取得する。
【００８６】
ステップＳＴ４４で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、波形歪度ΔＤ（ｔ）が０より大きいか否かを判断すると共に、波形歪度ΔＤ（ｔ−１）が０より大きいか否かを判断する。つまり、本例では、連続する時間において連続して波形歪度Ｄが増加傾向にある場合には、光送信部１４の温度が上昇していると判断する。光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０であると判断した場合にはステップＳＴ４６に進む。一方、演算部６０２は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０でないと判断した場合にはステップＳＴ４８に進む。
【００８７】
ステップＳＴ４６で光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０であると判断した場合には、光送信部１４の温度が上昇しているとして、光送信部１４が発熱していると判断する。一方、ステップＳＴ４８の光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０でないと判断した場合には、ｔをインクリメントしてステップＳＴ４０に戻る。ステップＳＴ４０では時間（ｔ＋１）に対応した波形歪度Ｄ（ｔ＋１）を取得する。
【００８８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光波形歪検出部７０により入力駆動信号の入力駆動波形に対する光信号の光出力波形の歪度に基づいて光送信部１４が発熱したかを判断することができる。これにより、発熱源を正確に特定することができ、例えば光送信部１４に対して冷却処理を行う場合には、光送信部１４の発熱に応じた最適な冷却処理を行うことができる。また、本実施の形態によれば、光波形歪検出部７０を固体撮像素子１０側に設けるので、光波形歪検出部７０を光送信部１４と同一のチップに集積することができる。なお、上述した第１〜第３の歪度算出方法については、図１５（Ｂ）に示した光波形歪検出部７０を固体撮像素子１０側に設けた光通信システム１００Ｂについても適用することができる。
【００８９】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システム１００Ｃについて説明する。本実施の形態では、温度検出部２２を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１の実施の形態の光通信システム１００Ａと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９０】
図２５は、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システム１００Ｃの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｃは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と温度検出部２２とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と制御部５４とを有している。
【００９１】
温度検出部２２は、例えば熱センサにより構成され、光送信部１４の近傍に配置され、光送信部１４の温度を検出して処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０の構成は図１０で示したブロック構成と同様の構成を有する。
【００９２】
光送信部発熱判断部６０は、固体撮像素子１０側の温度検出部２２から供給される平均温度に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。光送信部発熱判断部６０の値参照部６０４は、光送信部１４が発熱しているか否かを判断する際に用いられる、光送信部１４における許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘを保持する。
【００９３】
次に、光送信部発熱判断部６０の判断動作について説明する。判断動作としては、例えば光送信部許容最大温度を上回ったか否かにより発熱を判断する第１の判断動作と、光送信部１４の温度が増加傾向にあるか否かにより発熱を判断する第２の判断動作とがある。
【００９４】
（第１の判断動作）
図２６は光送信部発熱判断部６０の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。図２７に示す光送信部発熱判断部６０に入力される光送信部１４の温度の時間変化を示すグラフを参照しながら説明する。ステップＳＴ１００で比較部６０１は、温度検出部２２により入力される光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔを取得してステップＳＴ１０２に進む。
【００９５】
ステップＳＴ１０２の比較部６０１は、値参照部６０４から許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘを読み出し、温度Ｔ＿ｏｐｔと許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘとを比較する。比較した結果、光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも大きいと判断した場合（図２７の例えばＲ１参照）にはステップＳＴ１０４に進む。一方、光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも小さいと判断した場合（図２７の例えばＲ２参照）にはステップＳＴ１０６に進む。
【００９６】
ステップＳＴ１０４で演算部６０２は、温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも大きい場合、光送信部１４が所定の温度、例えば光送信部１４や周辺の各機能部に悪影響を与える温度以上になったと判断し、光送信部１４が発熱していると判断する。
【００９７】
一方、ステップＳＴ１０６で演算部６０２は、温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも小さい場合、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ１００に戻る。ステップＳＴ１００では時間（ｔ＋１）に対応した温度Ｔ＿ｏｐｔを取得する。
【００９８】
（第２の判断動作）
図２８は、光送信部発熱判断部６０の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ１１０で比較部６０１は、温度検出部２２により入力される光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ）を取得すると共に、データ保持部６０３から過去の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ−１）を取得する。
【００９９】
ステップＳＴ１１２で演算部６０２は、現在の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ）と過去の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ−１）との差分を算出して温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ）を取得する。同様にして、例えば過去の温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ−１）を取得する。
【０１００】
ステップＳＴ１１４で比較部６０１は、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ）が０よりも大きいか否かを判断すると共に、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ−１）が０よりも大きいか否かを判断する。つまり、本例では、連続する時間において連続して温度変化量が増加傾向にある場合には、光送信部１４の温度が上昇していると判断する。演算部６０２は、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ）＞０、かつ、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ−１）＞０の条件を満たすと判断した場合にはステップＳＴ１１６に進み、上記条件を満たさないと判断した場合にはステップＳＴ１１８に進む。
【０１０１】
ステップＳＴ１１６で演算部６０２は、上記条件を満たすと判断した場合、光送信部１４の温度が上昇しているとして、光送信部１４が発熱していると判断する。
【０１０２】
一方、ステップＳＴ１１８で演算部６０２は、上記条件を満たさないと判断した場合、ｔをインクリメントしてステップＳＴ１１０に戻る。ステップＳＴ１１０では時間（ｔ＋１）に対応した温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ＋１）を取得する。このように、本実施の形態によっても、温度検出部２２を光送信部１４の周辺（近傍）に配置することで光送信部１４が発熱したかを判断することができる。
【０１０３】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態に係る光通信システム１００Ｄについて説明する。本実施の形態では、固体撮像素子１０および処理部５０に冷却制御部３２，９３および冷却部３０，９０を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１の実施の形態の光通信システム１００Ａと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１０４】
図２９は、本発明の第４の実施の形態に係る光通信システム１００Ｄの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｄは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と平均発光レベル検出部２０と冷却制御部３２と冷却部３０とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。冷却制御部３２、９２および冷却部３０，９０は、固体撮像素子１０および処理部５０の何れか一方だけに設けても良い。
【０１０５】
発熱抑制指示部８０は、光送信部発熱判断部６０により光送信部１４の発熱が判断されると、冷却制御部３２，９２に冷却対象物の冷却を指示する。発熱抑制指示部８０は、図３０に示すように、主として値参照部８０１と通知部８０２とから構成されている。値参照部８０１は、後述するように、冷却部３０，９０を駆動するための冷却駆動値を保持しており、例えば光送信部１４の温度等に対応した冷却駆動電圧等を含む冷却駆動値を読み出して通知部８０２に供給する。通知部８０２は、値参照部８０１から供給された冷却駆動値を冷却制御部３２，９２に供給する。
【０１０６】
冷却制御部３２，９２は、発熱抑制指示部８０の通知部８０２からの冷却駆動値に基づいて冷却部３０，９０を駆動する。冷却部３０，９０は、後述するようにペルチェ素子やファン等により構成され、冷却制御部３２，９３からの冷却駆動値に基づいて冷却対象物である光送信部１４等の冷却を行う。
【０１０７】
図３１は、光通信システム１００Ｄの動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ５０で光送信部発熱判断部６０は、平均発光レベル検出部２０から光送信部１４から出力された光信号の平均発光レベルを取得する。ステップＳＴ５２で光送信部発熱判断部６０は、取得した平均発光レベルから光送信部１４の発熱を判断し、判断結果を発熱抑制指示部８０に通知する。
【０１０８】
ステップＳＴ５４で発熱抑制指示部８０は、光送信部発熱判断部６０から供給される判断結果に基づいて冷却制御部９２に冷却部９０を冷却するように指示する。ステップＳＴ５６で冷却制御部９２は、発熱抑制指示部８０からの指示に基づいて冷却部９０の駆動を行う。これにより、発熱が確認された光送信部１４等を冷却することができる。
【０１０９】
次に、光送信部１４の熱の及ぼす要因について説明する。図３２は、光送信部１４の熱の及ぼす要因を説明するための図である。光送信部１４で生じた熱は、例えば空間や、基板を通じて、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播する。本発明においては、光送信部１４で生じた熱がＳ／Ｎ劣化要因部に与える影響を、光送信部１４から各部へ伝播する熱量でモデル化し、その指標として熱伝播関数を定義する。この熱伝播関数を利用し、光送信部１４の発熱により各Ｓ／Ｎ劣化要因部に伝播する熱量及び、各Ｓ／Ｎ劣化要因部の温度変化および温度を算出する。この熱伝播関数は、後述のように関数系あるいはルックアップテーブルの形式などで表現される。
【０１１０】
図３３（Ａ）および図３３（Ｂ）は、熱伝播関数の入出力を説明するための図である。関数系により表現された熱伝播関数について説明する。図３３（Ａ）に示す熱伝播関数では、光送信部１４と各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)（処理ブロック）との距離ｒ、周辺温度パラメータＴａ、周辺媒体パラメータＳの入力により、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播される熱量を算出する。図３３（Ｂ）に示す熱伝播関数では、距離ｒ、周辺温度パラメータＴａ、周辺媒体パラメータＳに加えて熱容量パラメータＣの入力により、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播される熱量および伝播した熱により上昇した各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)の温度を算出する。以下では、図３３（Ａ）に示す熱伝播関数を用いた例について説明し、その後、変形例について説明する。
【０１１１】
(図３３（Ａ）に示す熱伝播関数の説明)
周辺温度パラメータＴａは、光送信部１４と各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)との間の温度分布、および固体撮像素子１０内の温度分布などを示す。温度分布が得られない場合など、例えば、光送信部１４の温度などを利用する。周辺媒体パラメータＳは、光送信部１４とＳ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)との間の空間や実装される基板などの媒体であり、媒体の熱伝播率なども考慮される。熱容量パラメータＣは、各処理ブロックや媒体等の熱容量である。これらのパラメータｒ、Ｔ，Ｓ，Ｃは、例えば図３０に示した値参照部８０１等に記憶され、各部に伝播した熱量を算出するときに値参照部８０１から読み出されて参照される。
【０１１２】
続けて、熱伝播関数について詳細に説明する。図３４（Ａ）は光送信部１４から発生する熱がＡ／Ｄ変換部１８へ伝播する経路を示す図であり、図３４（Ｂ）はその変形例を示す図である。なお、以下では、光送信部１４の熱が伝播する処理ブロックとしてＡ／Ｄ変換部１８を一例として説明する。
【０１１３】
温度勾配がある場合、ある微小（単位）面積ｄＡを通過する単位時間当たりの熱量ｄＱは、温度勾配ｄＴ／ｄｒと、周辺の物質の形状、状態などで決まる周辺媒体パラメータＳ（ここでは、熱伝導率を想定）を利用して下記式（６）で記述される。
【０１１４】
【数６】
【０１１５】
なお、式（６）では、温度勾配に関する向きは考慮せず、大きさのみを考慮する。また、ｒは光送信部１４とＡ／Ｄ変換部１８の位置関係を示し、Ｔは周囲温度を示す。
【０１１６】
ここで、光送信部１４からＡ／Ｄ変換部１８へ熱が伝わる経路は、周囲の状態に応じて複数存在する。例えば、図３４（Ａ）に示すように、熱伝播経路としては、基板１５内を伝わる経路Ｒａや空間部を伝わる経路Ｒｂが存在している。そのため、複数の経路Ｒａ,Ｒｂ毎に物質の状態などが変化してくるので、各経路Ｒａ,Ｒｂに応じて周辺媒体パラメータＳａ,Ｓｂも変化する。そこで、Ａ／Ｄ変換部１８を通過する熱量Ｑは、様々な経路を経てＡ／Ｄ変換部１８に伝わる熱の総和を算出することで決定される。Ａ／Ｄ変換部１８を通過する熱量Ｑは、下記式（７）で記述される。
【０１１７】
【数７】
【０１１８】
ここで、ｄＱLiは、経路Liを経て、単位面積ｄＡを通過する単位時間当たりの熱量である。なお、上記式（７）は、単位時間当たりの熱量となるので、実際には時間方向の積分を行う。
【０１１９】
また、図３４（Ｂ）に示すように、光送信部１４とＡ／Ｄ変換部１８との間の経路Ｒａに、異なる別の物質Ｍａ，Ｍｂが介在している場合が考えられる。この場合、光送信部１４からの熱は、周辺媒体パラメータＳａ，Ｓｂ，Ｓａの順で伝播されてＡ／Ｄ変換部１８に伝わる。そのため、Ａ／Ｄ変換部１８に伝播する熱量Ｑは、これらの周辺媒体パラメータＳａ，Ｓｂを考慮して上記式（７）により算出する。
【０１２０】
このようにして、光送信部１４、Ａ／Ｄ変換部１８等の周辺温度Ｔと位置関係ｒから、温度勾配を算出し、さらに、周辺媒体パラメータＳを利用することで、各部の熱量Ｑを得ることができる。つまり、図３３（Ａ）に示すように、熱伝播関数は、周辺温度（周辺温度パラメータ）Ｔ，位置関係（距離）ｒ，周辺媒体パラメータＳを入力パラメータとすることで、Ａ／Ｄ変換部１８等の各部の熱量Ｑを得ることができる。
【０１２１】
（図３３（Ｂ）に示す熱伝播関数の説明）
一方、上述した熱量Ｑと熱容量Ｃの関係は、下記式（８）で記述される。
【０１２２】
【数８】
【０１２３】
そこで、各部の温度Ｔは、例えばＬＵＴに保持した各部の熱容量Ｃを参照し、上記式（８）を用いることで得ることができる。よって図３３（Ｂ）に示すように、本発明における熱伝播関数は、パラメータｒ,Ｔ，Ｓに加え、熱容量Ｃを入力パラメータとすることで、熱量Ｑを得るとともに、各部の温度Ｔを得ることができる。さらに各部の温度Ｔが得ることにより、温度上昇ΔＴも同時に得ることが可能になる。
【０１２４】
ところで、温度勾配を全ての経路において得ることが困難な場合には、熱源（光送信部１４）に対して、最も熱の伝導効率が高い経路を選び、その経路における周辺媒体パラメータＳ、距離ｒを利用する。さらに、光送信部１４の熱容量Ｃおよび温度Ｔを利用し、各部の熱量Ｑを下記の式（９）により算出する。式（９）ではＡ／Ｄ変換部１８を例にする。
【０１２５】
【数９】
【０１２６】
Ｒｓは、光送信部１４とＡ／Ｄ変換部１８との間において、熱の伝導効率が最も高い経路における、周辺媒体パラメータＳと、その媒体を経由する経路における最短距離ｒにより決まる比例定数である。つまり、固体撮像素子１０内の配置により一意に決定可能な値である。光送信部１４の熱容量Ｃは、例えばルックアップテーブルに予め保持したものを用いることができる。同時に、比例定数Ｒｓもルックアップテーブルに予め保持したものを用いることができる。
【０１２７】
（図３８に示す変形例の説明）
以上、関数形の熱伝播関数について説明したが、式（９）に示すように、温度勾配を利用することなく簡易的に推定する場合、予め光送信部１４の温度と、Ａ／Ｄ変換部１８の熱量とを対応付けたルックアップテーブルを作成することが可能になる。また、Ａ／Ｄ変換部１８の熱容量も予め知ることができるので、後述する図３８のように、光送信部１４の温度からＡ／Ｄ変換部１８の温度を得ることが可能になる。これが、ルックアップテーブルの形式で実現される熱伝播関数となる。ここで、図３８にあるように、光送信部１４の温度だけでなく、温度変化も考慮することで、Ａ／Ｄ変換部１８の温度を精度よく得ることが可能になる。
【０１２８】
このようにして、光送信部１４から生じた熱が、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に与える影響、例えばここでは、各Ｓ／Ｎ劣化要因部に伝播する熱量を算出する。ここで、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播される熱量は、例えば、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)の温度上昇などを引き起こし、図３２に示すように、画素部等の各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に対して悪影響を与え、例えばＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）を劣化させる要因となる。そこで、発熱抑制指示部８０では、上記各パラメータｒ、Ｔ，Ｓ，Ｃを熱伝播関数(1)〜(4)により演算を行い、各部の温度を算出することで、冷却を行う際の最適な冷却駆動値を算出して冷却制御部３２，９２に供給する。
【０１２９】
図３５は、発熱抑制指示部８０の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、温度上昇ΔＴｉを参照し、各部の冷却駆動値を取得する例を示しているが、後述の図４０にあるように各部の温度Ｔｉおよび温度上昇ΔＴｉを利用し、冷却駆動値を取得することも可能である。ステップＳＴ６０で、光送信部発熱判断部６０から光送信部１４の温度Ｔを取得する。光送信部１４の温度Ｔは、平均発光レベル検出部２０で取得した平均発光レベルに応じたものが、値参照部６０４のルックアップテーブル（図１０参照）から読み出されて供給される。
【０１３０】
ステップＳＴ６２で、上述した熱伝播関数により、固体撮像素子１０の各部に伝播した熱量を算出する。つまり、光送信部１４の温度Ｔを１つのパラメータとして熱伝播関数により得られた熱量から、光送信部１４の周辺に配置された各部の温度を算出（推定）する。パラメータとしては、図３３で示した距離ｒ、周辺温度パラメータＴａ、周辺媒体パラメータＳおよび熱容量パラメータＣを用いることができる。
【０１３１】
ステップＳＴ６４で、各部の熱容量を参照することで、各部の温度上昇ΔＴｉを取得する。例えば、各部の熱容量を例えばルックアップテーブル（ＬＵＴ）に保持し、ステップＳＴ６２で算出した各部の熱量を、ＬＵＴから参照した各部の熱容量で割ることで、各部の温度Ｔを算出する。そして、算出した各部の所定時間における温度Ｔの差分から、各部の温度上昇を算出する。
【０１３２】
ステップＳＴ６６で、各部の温度上昇ΔＴｉを参照し、各部の冷却駆動値を取得する。つまり、各部では、光送信部１４の温度変化に応じて、温度が急激に上昇している場合や緩やかに上昇している場合があるので、これらの状況を考慮して各部の冷却駆動値を算出する。冷却駆動値は、例えば光送信部１４の温度上昇ΔＴｉに対応付けられて、ルックアップテーブルに保持される。
【０１３３】
ステップＳＴ６８で、各部の冷却制御部３２，９２に冷却駆動値を通知する。冷却制御部３２，９２は、冷却駆動値に基づいて冷却部３０，９０を駆動させる。
【０１３４】
＜第４の実施の形態の第１の詳細例＞
次に、上述した各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)象を、固体撮像素子１０の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９とした場合について説明する（図４３参照）。なお、上述した第１〜第３の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｄと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１３５】
固体撮像素子１０の光送信部１４が発熱した場合、発生した熱は、光送信部１４自体の他に、光送信部１４の周辺に配置された画素部１２やカラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８、配線伝送部１９等の各部に対しても伝播されて悪影響を与える。そのため、この例では、光送信部１４以外の画素部１２等の各部に対しても冷却を行う。各部の冷却を行う際には、各部で生じる熱雑音が出力画像信号の劣化に与える影響の度合いに応じて、どの箇所をどの程度冷却するかを決定して冷却を行う。
【０１３６】
図３６は、本発明の第４の実施の形態の第１の詳細例に係る光通信システム１００Ｅの構成を示すブロック図である。光通信システム１００Ｅは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、光送信部１４と平均発光レベル検出部２０と冷却制御部３２と冷却部３０ａ〜３０ｅと冷却の制御対象となる画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。なお、本例では、平均発光レベル検出部２０を用いた例を説明するが、平均発光レベル検出部２０に代えて上述した温度検出部２２を適用しても良い。
【０１３７】
固体撮像素子１０側の冷却部３０ａは、画素部１２の近傍または画素部１２に接触して配置される。同様に、冷却部３０ｂはカラムＣＤＳ部１３の近傍またはカラムＣＤＳ部１３に接触して配置され、冷却部３０ｃはＡ／Ｄ変換部１８の近傍またはＡ／Ｄ変換部１８に接触して配置され、冷却部３０ｄは配線伝送部１９の近傍または配線伝送部１９に接触して配置される。冷却部３０ｅは、光送信部１４の近傍または光送信部１４に接触して配置される。冷却部３０ａ〜３０ｅのそれぞれは冷却制御部３２に接続され、冷却制御部３２から供給される冷却駆動値に基づいて画素部１２等の各部の冷却を行う。
【０１３８】
処理部５０側の冷却部９０は、例えば固体撮像素子１０側の画素部１２等を冷却したり処理部５０側の光受信部５２を冷却したりする。冷却部９０は冷却制御部９２に接続され、冷却制御部９２から供給される冷却駆動値に基づいて画素部１２等の各部の冷却を行う。
【０１３９】
ここで、光送信部１４での発熱と、上記画素部１２等の各部との依存関係について説明する。図３７は、光送信部１４での発熱と各部との依存関係を説明するための図である。光送信部１４からの熱は、各熱伝播関数(1)〜(4)に基づいて画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８、配線伝送部１９等の各部に伝播される。
【０１４０】
熱伝播関数は、光送信部１４から発生する熱が画素部１２等の各部へ伝播される熱量を表す指標である。熱量は周辺熱情報の一例を構成する。熱伝播関数は、前述および図３８に示すように、光送信部１４の温度パラメータＴopおよび温度変化パラメータΔＴopの入力に基づいてルックアップテーブルを参照することで、画素部１２等の各部の温度パラメータＴiを出力する。
【０１４１】
次に、発熱抑制指示部８０について説明する。図３９は、発熱抑制指示部８０の詳細な構成例を示すブロック図である。この例では、ルックアップテーブルを参照することで各部の温度を取得すると共に冷却駆動値を取得する。発熱抑制指示部８０は、各部温度取得部８０３とＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４と各部冷却駆動値算出部８０５とＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６とＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７と各部冷却駆動値取得部８０８と有している。なお、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６およびＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７は図３０で示した発熱抑制指示部８０の値参照部８０１に対応し、各部冷却駆動値取得部８０８は図３０で示した発熱抑制指示部８０の通知部８０２に対応している。
【０１４２】
図４０（Ａ）はＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４の構成の一例を示す図である。ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４は、第１の記憶部の一例であり、画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９の温度を推定する際に参照されるものである。ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４には、画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれの推定温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔが光送信部１４の温度Ｔおよび温度変化ΔＴに対応付けられて記憶されている。なお、画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれの推定温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔは、周辺熱情報の一例を構成する。
【０１４３】
図４０（Ｂ）は画素部１２のＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６の構成の一例を示す図である。ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６は各部の冷却駆動値を決定する際に参照されるものであり、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６には画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれの許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘが記憶されている。許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘとは、温度Ｔbaseで発生するノイズＮbaseに対して、異なる温度Ｔで発生するノイズを一定比Ｍmax[ｄＢ]以内の増大に抑えることができる許容温度である。本例では画素部１２についてのみ示すが、他のカラムＣＤＳ部１３等についても同様の構成を有する。
【０１４４】
図４０（Ｃ）は画素部１２のＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の構成の一例を示す図である。ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７は、第２の記憶部の一例であり、画素部１２等の各部の冷却駆動値を決定する際に参照されるものである。ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７には、各部の温度Ｔｐおよび温度変化ΔＴｐと各部の冷却の度合い（例えば冷却駆動値）が対応付けられて記憶される。本例では画素部１２についてのみ示すが、他のカラムＣＤＳ部１３等についても同様の構成を有する。
【０１４５】
続けて、発熱抑制指示部８０の動作について説明する。図４１は、発熱抑制指示部８０の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ７０で各部温度取得部８０３は、光送信部発熱判断部６０から光送信部１４の温度Ｔ、温度変化ΔＴを取得する。温度変化ΔＴは、例えば取得した単位時間毎の温度Ｔから算出する。
【０１４６】
ステップＳ７２で各部温度取得部８０３は、光送信部１４の温度Ｔを利用してＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４を参照することで画素部１２等の各部の温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔを取得する。ここで、各部冷却駆動値算出部８０５は、後述するように、各部の温度Ｔや温度上昇ΔＴを利用し、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを参照することで、最適な冷却駆動値を算出する。
【０１４７】
ステップＳ７４で各部冷却駆動値取得部８０８は、取得した各部の温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔから各部の温度変化ΔＴｐ，ΔＴｃ，ΔＴａ，ΔＴｔを算出する。各部の温度変化ΔＴｐ，ΔＴｃ，ΔＴａ，ΔＴｔは、例えば光送信部発熱判断部６０から時間ｔと時間（ｔ−１）における温度を取得することで算出できる。そして、各部の温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔ、温度変化ΔＴｐ，ΔＴｃ，ΔＴａ，ΔＴｔを利用し、ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７を参照することで冷却駆動値を取得する。
【０１４８】
ステップＳ７６で各部冷却駆動値取得部８０８は、取得した冷却駆動値を、画素部１２等の各部の冷却制御部３２，９２に設定する。これにより、各部の温度Ｔや温度上昇ΔＴを考慮して、各部を冷却するための最適な駆動電圧値を取得することができる。
【０１４９】
（ＬＵＴ＿ＣＴＭＰの作成方法）
次に、上述したＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４の作成方法について説明する。図４２（Ａ）は光送信部１４、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の温度変化を示すグラフである。縦軸は各部の温度を示し、横軸は時間を示す。図４２（Ｂ）は光送信部１４、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８は温度変化量（率）を示すグラフである。縦軸は各部の温度変化量を示し、横軸は時間を示す。
【０１５０】
光送信部１４、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８のそれぞれは駆動動作により発熱する。光送信部１４の発熱により、上述した熱伝播関数に基づいて画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の温度上昇が引き起こされる。また、光送信部１４の発熱の温度変化によっても、各部の温度の上昇傾向は変化する。例えば、光送信部１４が同じ温度であっても、光送信部１４の発熱が飽和している場合（時間ｔ２）と、発熱している最中（時間ｔ１）とでは各部の温度は異なることになる。
【０１５１】
そこで、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４を作成する際には、光送信部１４の温度Ｔおよび温度変化ΔＴに関連付けて画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の温度Ｔを記憶する。光送信部１４の温度Ｔや画素部１２等の各部の温度Ｔは実測により取得しても良いし、光送信部１４の温度Ｔを利用して上述した熱伝播関数で演算することで各部の温度Ｔを取得しても良い。これにより、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４を参照することで、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の正確な温度を推定することができる。また、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４の作成する際には、実測により複数の代表点において、各部の温度を測定し、代表点での値を利用して、代表点の間を補間するようにして各部の温度を算出することもできる。代表点の間を補間する際には、上述した関数系の熱伝播関数を利用して算出することもできる。
【０１５２】
（ＬＵＴ＿ＴＴＭＰの作成方法）
次に、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６の作成方法について説明する。図４３は、固体撮像素子１０の構成例を示す図である。以下では、図４３に示すように、光送信部１４の発熱が影響する画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９に分けて説明する。
【０１５３】
（１）画素部１２について
光送信部１４からの発熱は、画素部１２に対して２つの悪影響を与えることが知られている。１つは（ｉ）暗電流の増加であり、もう１つは（ｉｉ）ＦＤ（電荷増幅部）アンプのノイズの増加である。
【０１５４】
（ｉ）暗電流
暗電流とは、フォトダイオードの中で光による光電変換以外に熱的に発生する電子・正孔による電流である。エネルギ・バンドの中ほどに位置する再生再結合からの暗電流は、Shockley-Read-hallモデルによると、温度が１０℃上昇する毎に約２倍に増加することが分かっている。このShockley-Read-hallモデルにより、温度Ｔbaseに対してΔＴだけ温度変化した場合の温度Ｔの暗電流Ｉdarkは下記式（１０）で与えられる。
【０１５５】
【数１０】
ここで、Ｉdark_thは温度Ｔbaseにおける暗電流である。
【０１５６】
許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、上記式（１０）の暗電流Ｉdark_thに対して、発生する暗電流がＸｍａｘ［ｄＢ］まで増大する温度として決定される。許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは下記式（１１）で与えられる。
【０１５７】
【数１１】
【０１５８】
このようにして、暗電流ＩdarkをＸｍａｘ［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出できる。算出した画素部１２の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０１５９】
（ｉｉ）ＦＤアンプ
固体撮像素子１０から光信号が得られる回路では必ずノイズが発生する。画素部１２で光電変換されてＦＤアンプから出力される光信号の電圧は大きい方が、Ｓ／Ｎ比が高く取れるので、ＦＤアンプでの変換効率が撮像の感度に重要となる。
【０１６０】
ＦＤアンプでは以下の式（１２）で記述される熱雑音が発生する。例えばＭＯＳトランジスタのチャネル抵抗等により熱雑音が発生する。そのため、増幅後の電圧にノイズが入ってしまう。
【０１６１】
【数１２】
【０１６２】
ここで、Ｖｎは単位帯域幅あたりの熱雑音電圧であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度である。
【０１６３】
図４４は、ＦＤアンプに生じる熱雑音スペクトルを示すグラフである。縦軸はＦＤアンプの温度Ｔにおける平均２乗熱雑音電圧値であり、横軸はＦＤアンプの動作周波数である。
【０１６４】
ＦＤアンプの温度が温度Ｔbaseから温度Ｔに上昇した場合、ＦＤアンプの動作周波数がｆopだとすると、（Ｖ−Ｖbase）×ｆopの面積分だけ（網掛領域）ノイズが増加したと考えることができる。
ここで、上記（１２）式を下記式（１３）で定義する。
【０１６５】
【数１３】
【０１６６】
Ａは比例定数である。このように上記式（１３）を定義したとき、温度Ｔbaseでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎbaseは下記式（１４）で与えられる。
【０１６７】
【数１４】
【０１６８】
温度Ｔでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎは下記式（１５）で与えられる。
【０１６９】
【数１５】
【０１７０】
ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、発生する熱雑音スペクトルＮ（面積）が、温度Ｔbase時に発生する熱雑音スペクトルＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増加するときの温度として決定される。ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、下記式（１６）で与えられる。
【０１７１】
【数１６】
【０１７２】
このようにして、ＦＤアンプにおける総熱雑音をＸmax［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出することができる。算出したＦＤアンプの許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。なお、画素部１２では、暗電流およびＦＤアンプに応じた許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘが得られるので、両方の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを考慮して冷却駆動値を算出しても良いし、何れか一方の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを用いて冷却駆動値を算出しても良い。
【０１７３】
（２）カラムＣＤＳ部１３について
アナログ入力を電圧-電荷変換する場合ＫＣＴ（リセット）ノイズが発生する。光送信部１４で発生した熱が、サンプリング回路の容量に接続された導線、スイッチなどのもつ抵抗の熱雑音に加わり、キャパシタで電圧をサンプリングする際に熱雑音をそのままサンプリングしてしまう。熱雑音は下記の式（１７）で与えられる。
【０１７４】
【数１７】
ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｃは容量である。
【０１７５】
ここで、カラムＣＤＳ部１３の温度Ｔbase時のｋＴＣノイズをＮbaseとし、温度Ｔ時におけるｋＴＣノイズをＮとしたとき、許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、
【０１７６】
ＮがＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増大するときの温度として決定される。許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは以下の式（１８）で与えられる。
【０１７７】
【数１８】
【０１７８】
このようにして、カラムＣＤＳ部１３のｋＴＣノイズをＸｍａｘ［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出できる。算出したカラムＣＤＳ部１３の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０１７９】
（３）Ａ／Ｄ変換部１８について
光送信部１４で発生した熱の影響で、Ａ／Ｄ変換部１８の内部雑音（熱雑音）が増加し、Ｓ／Ｎ比が劣化する。また、光送信部１４で発生した熱の影響で、電圧のサンプリング時にｋＴＣのノイズが増加する。熱雑音は下記の式（１９）で与えられる。
【０１８０】
【数１９】
Ｖｎは単位帯域幅あたりの熱雑音電圧であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度である。
【０１８１】
またＫＴＣノイズは下記式（２０）で与えられる。
【０１８２】
【数２０】
ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｃは容量である。
【０１８３】
ここで、上述した図４４を参照しつつ、熱雑音に着目し、Ａ／Ｄ変換部１８の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出する方法について説明する。
【０１８４】
Ａ／Ｄ変換部１８の温度が温度Ｔbaseから温度Ｔに上昇した場合、Ａ／Ｄ変換部１８の動作周波数がｆopだとすると、（Ｖ−Ｖbase）×ｆopの面積分だけ（網掛領域）ノイズが増加したと考えることができる。
ここで、上記式（１９）を下記式（２１）で定義する。
【０１８５】
【数２１】
【０１８６】
Ａは比例定数である。このように上記式（２１）を定義したとき、温度Ｔbaseでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎbaseは下記式（２２）で与えられる。
【０１８７】
【数２２】
【０１８８】
温度Ｔでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎは下記式（２３）で与えられる。
【０１８９】
【数２３】
【０１９０】
ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、発生する熱雑音スペクトルＮ（面積）が、温度Ｔbase時に発生する熱雑音スペクトルＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増加するときの温度として決定される。ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、下記式（２４）で与えられる。
【０１９１】
【数２４】
【０１９２】
このようにして、Ａ／Ｄ変換部１８における総熱雑音をＸmax［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出することができる。算出したＡ／Ｄ変換部１８の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０１９３】
（３）配線伝送部１９について
光送信部１４で熱が発生すると、上述した画素部１２等の処理ブロック以外の、配線経路においてもノイズの影響が大きくなる。例えば、導線の抵抗の熱雑音等に影響を与える。導線の抵抗の熱雑音は下記の式（２５）で与えられる。
【０１９４】
【数２５】
なお、ｋはボルツマン定数であり、Ｒは抵抗値であり、Ｔは絶対温度である。
【０１９５】
ここで、上述した図４４を参照しつつ、配線伝送部１９の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出する方法について説明する。
【０１９６】
配線伝送部１９の温度が温度Ｔbaseから温度Ｔに上昇した場合、配線伝送部１９の動作周波数がｆopだとすると、（Ｖ−Ｖbase）×ｆopの面積分だけ（網掛領域）ノイズが増加したと考えることができる。
ここで、上記（２５）式を下記式（２６）で定義する。
【０１９７】
【数２６】
【０１９８】
Ａは比例定数である。このように上記式（２６）を定義したとき、温度Ｔbaseでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎbaseは下記式（２７）で与えられる。
【０１９９】
【数２７】
【０２００】
温度Ｔでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎは下記式（２８）で与えられる。
【０２０１】
【数２８】
【０２０２】
ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、発生する熱雑音スペクトルＮ（面積）が、温度Ｔbase時に発生する熱雑音スペクトルＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増加するときの温度として決定される。ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、下記式（２９）で与えられる。
【０２０３】
【数２９】
【０２０４】
このようにして、配線伝送部１９における総熱雑音をＸmax［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出することができる。算出した配線伝送部１９の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０２０５】
（ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の作成方法）
次に、ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の作成方法について説明する。図４５（Ａ）は画素部１２の温度の時間変化を示すグラフである。縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図４５（Ｂ）は画素部１２の温度変化を示すグラフである。縦軸は温度変化を示し、横軸は時間を示す。図４５（Ｃ）は画素部１２を冷却する際の冷却駆動値の時間変化を示すグラフである。縦軸は冷却駆動値示し、横軸は時間を示す。
【０２０６】
ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の作成では、まず、画素部１２の温度を実測により検出し、検出した温度から画素部１２の温度変化を算出する。そして、画素部１２の温度および温度変化を考慮して、画素部１２の冷却駆動電圧値を算出する。これは、画素部１２が急激に温度上昇した場合、画素部１２の動作に著しい劣化を引き起こす可能性があるからである。
【０２０７】
そのため、画素部１２の温度が同じであっても、緩やかに温度上昇している場合と、急激に温度上昇している場合とでは冷却の制御（冷却駆動電圧値）は異なる。例えば、時間ｔ０時のように画素部１２の温度上昇が急激な場合には、冷却の度合いが高くなるように冷却駆動電圧を大きく設定すると共に、急激な温度変化に対応すべく冷却駆動電圧をパルス的な立ち上がりを有するように設定する。このとき駆動電圧は、上述した画素部１２の温度が上述した許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘに到達しないような大きさに設定される。
【０２０８】
一方、画素部１２の温度上昇が緩やかである場合には、冷却駆動電圧を許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘに到達しない範囲において設定し、上昇した温度値に対応した冷却駆動電圧に設定される。また、温度変化が緩やかであるので比較的長い時間、冷却部に冷却駆動電圧が供給するように設定する。このようにして算出した冷却駆動電圧値Ｄrvを、画素部１２の温度および温度変化に対応付けてＬＵＴ＿ＴＴＭＰに保持する。なお、この冷却駆動電圧値の設定動作は、上述した関数系の熱伝播関数により求めた冷却駆動値に対しても適用することができる。
【０２０９】
また、光送信部１４の発熱により、各部の温度上昇が引き起こされるので、各部の温度変化の代わりとして光送信部１４の温度変化を利用することも可能である。または、各部の温度変化と、光送信部１４の温度変化を使用してＬＵＴ＿ＤＲＶを作成するようにしても良い。この場合には、光送信部１４の温度および温度上昇を実測により測定し、測定した光送信部１４の温度等のパラメータを上述した熱伝播関数を用いて算出することにより、光送信部１４の周辺に位置する画素部１２の温度を推定することもできる。
【０２１０】
＜第４の実施の形態の第２の詳細例＞
次に、本発明の第４の実施の形態の第２の詳細例に係る光通信システム１００Ｆについて説明する。本実施の形態では、固体撮像素子１０側の画素部１２等の各部を冷却するための冷却部９０ａ〜９０ｄを処理部５０側に設ける点において上記第４の実施の形態の第１の詳細例と異なる。なお、上述した第１〜第４の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｅと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２１１】
図４６は、光通信システム１００Ｆの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｆは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、光送信部１４と平均発光レベル検出部２０と冷却制御部３２と冷却部３０と画素部１２とカラムＣＤＳ部１３とＡ／Ｄ変換部１８と配線伝送部１９とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。
【０２１２】
処理部５０の発熱抑制指示部８０は、光送信部１４が発熱したと判断されると、光送信部１４やその周辺の画素部１２等の各部を冷却するための冷却駆動値を冷却制御部３２，９２に供給する。冷却制御部９２では、冷却駆動値に基づく駆動信号を生成して冷却部９０ａ〜９０ｄに供給する。冷却部９０ａ〜９０ｄは、固体撮像素子１０側の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれに対応して設けられ、冷却制御部９２からの駆動信号に基づいて駆動する。このようにして、処理部５０側から、固体撮像素子１０側の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９を冷却する。
【０２１３】
次に、上述した冷却制御部３２，９２および冷却部３０，９０の構成について説明する。図４７は、冷却制御部３２，９２および冷却部３０，９０の構成例を示すブロック図である。冷却制御部９２は、判断部９２１と冷却対象特性取得部９２２と冷却範囲設定部９２３と冷却量設定部９２４と冷却時間設定部９２５と吸収熱放出部９２６とを有している。
【０２１４】
判断部９２１には、発熱抑制指示部８０から冷却駆動値が入力される。冷却駆動値は、上述した例では冷却量を設定する冷却駆動電圧としたが、この冷却駆動電圧の他に、冷却範囲、冷却時間等の情報を含んでいる。判断部９２１は、発熱抑制指示部８０から供給される冷却駆動値を用いて、冷却対象特性取得部９２２から冷却対象の特性情報を参照することにより、冷却範囲や冷却量、冷却時間等を判断する。
【０２１５】
冷却範囲設定部９２３は、判断部９２１から供給される冷却駆動値に基づいて冷却範囲を設定し、冷却対象となる全てまたは一部の画素部１２等の各部の冷却を行う。冷却量設定部９２４は、判断部９２１から供給される冷却駆動値に基づいて冷却量を設定し、冷却部９０に設定した冷却量に基づく冷却駆動電圧を印加する。冷却時間設定部９２５は、判断部９２１から供給される冷却駆動値に基づいて冷却対象物の冷却時間を設定し、設定した冷却時間だけ冷却が行われるように冷却部９０を制御する。なお、冷却範囲設定部９２３等は、冷却制御部３２，９２に設けても良いし、冷却部３０，９０に設けても良い。
【０２１６】
吸収熱放出部９２６は、固体撮像素子１０や処理部５０の各部の放出される熱を吸収し、吸収した熱を外部に放出する。これにより、固体撮像素子１０や処理部５０の各部の発熱を抑えることができる。
【０２１７】
＜第４の実施の形態の第３の詳細例＞
次に、本発明の第４の実施の形態の第３の詳細例に係る光通信システム１００Ｇについて説明する。なお、上述した第１〜第４の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｆと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２１８】
図４８は、光通信システム１００Ｇの構成例を示すブロック図である。処理部５０は、固体撮像素子１０側の画素部１２等の各部を冷却するための冷却部９０を備えている。冷却部９０は、１個で構成され、冷却制御部９２から供給される冷却駆動電圧により駆動し、固体撮像素子１０側の画素部１２等の各部を冷却する。この冷却部９０は、固体撮像素子１０側の光送信部１４やこの発熱の影響を受ける各部の全てを冷却することもできるし、特定の各部のみを冷却することもできる。
【０２１９】
次に、上述した冷却部３０，９０の具体的な構成例について説明する。冷却部３０，９０は、処理部５０側から固体撮像素子１０内の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９を冷却するものと（図４８参照）、固体撮像素子１０内において画素部１２の各部を冷却するものとに分けられる（図３６参照）。
【０２２０】
処理部５０側から固体撮像素子１０を冷却するものとしては、例えば風冷式のファンや空冷式の乾燥空気の放射等が挙げられる。固体撮像素子１０内から冷却するものとしては、例えば駆動式のペルチェ素子や液冷式の水の循環等が挙げられる。また、固体撮像素子１０内に自然冷却の構造を有したヒートシンク、ヒートパイプ等を設置しても良い。冷却部３０，９０を制御する冷却制御部３２，９２、冷却部３０，９０を駆動する駆動部、冷却部３０，９０に電力を供給する電力供給部は固体撮像素子１０側、処理部５０側のいずれに設けることもできる。なお、以下の説明では、冷却制御部３２，９２、駆動部および電力供給部を便宜上、制御部９２０と呼ぶ。
【０２２１】
図４９は、固体撮像素子１０側に冷却部３０を設け、冷却部３０としてペルチェ素子３００ａ〜３００ｄを用いた例を示す図である。ペルチェ素子３００ａ〜３００ｄは、冷却対象となる冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれに接触または近傍に配置される。ペルチェ素子３００ａ〜３００ｄのそれぞれには制御部９２０が接続され、制御部９２０から供給される駆動信号および電力により駆動される。これにより、ペルチェ素子３００ａ〜３００ｄは、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの熱を吸熱して冷却する。なお、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、上述した画素部１２やカラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８、配線伝送部１９等を配置しても良い。
【０２２２】
図５０は、固体撮像素子１０側に冷却部３０を設け、冷却部３０を水路３０２とバルブ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃにより構成した例を示す図である。冷却部３０は、複数の水路３０２と、水路３０２中に設けられた水路を流れる水の流れを制御するバルブ３０３３０３ａ〜３０３ｃとから構成されている。複数の水路３０２は、水や不凍液などの液体が内部を流れる管体からなり、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの近傍または冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ上を通過するように分岐して配置されている。バルブ３０３ａ〜３０３ｃのそれぞれは制御部９２０に接続され、制御部９２０から供給される制御信号や電力等により開閉動作が制御される。また冷却箇所、冷却温度に応じて水路３０２に流す水量を調整することもできる。
【０２２３】
図５１は、バルブ３０３ａ〜３０３ｃの開閉制御の一例を示す図である。図５１に示すように、冷却箇所Ａの冷却を行う場合、制御部９２０は、バルブ３０３ａを開くための制御信号、電力、駆動信号をバルブ３０３ａに供給する。これにより、バルブ３０３ａは開き（オン）、バルブ３０３ｂおよびバルブ３０３ｃは閉じた状態（オフ）となり、水路３０２ａに流量Ｖａの液体が流れる。その結果、水路３０２ａ内部を流れる流量Ｖａの液体によって冷却箇所Ａが冷却される。
【０２２４】
冷却箇所Ｂの冷却を行う場合、制御部９２０は、バルブ３０３ｂを開くための制御信号等をバルブ３０３ｂに供給する。これにより、バルブ３０３ｂは開き（オン）、バルブ３０３ａおよびバルブ３０３ｃは閉じた状態（オフ）となり、水路３０２ｂに流量Ｖｂの液体が流れる。その結果、水路３０２ｂ内部を流れる流量Ｖｂの液体によって冷却箇所Ｂが冷却される。
【０２２５】
冷却箇所Ｃの冷却を行う場合、制御部９２０は、バルブ３０３ｃを開くための制御信号等をバルブ３０３ｃに供給する。これにより、バルブ３０３ｃは開き（オン）、バルブ３０３ａおよびバルブ３０３ｂは閉じた状態（オフ）となり、水路３０２ｃに流量Ｖｃの液体が流れる。その結果、水路３０２ｃ内部を流れる流量Ｖｃの液体によって冷却箇所Ｃが冷却される。
【０２２６】
図５２は、処理部５０側に冷却部９０を設け、冷却部９０としてペルチェ素子９００を用いた例を示す図である。冷却部９０は、ペルチェ素子９００と駆動アーム９０１とから構成されている。駆動アーム９０１は、その長手方向に伸縮可能であると共に、駆動アーム９０１の基端部が駆動アーム９０１を駆動する制御部９２０に回動可能に連結されている。ペルチェ素子９００は、駆動アーム９０１の先端部に固定して取り付けられ、駆動アーム９０１内部に敷設される制御線により制御部９２０と電気的に接続されている。
【０２２７】
駆動アーム９０１は、その基端部を支点として冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの全てをカバーする範囲で回動し、その先端部のペルチェ素子９００を冷却対象の冷却箇所の位置まで移動させる。ペルチェ素子９００は、制御部９２０から供給された駆動信号等に基づいて駆動し、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの熱を吸熱することで冷却を行う。また、予め各冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃとの距離をメモリに記憶しておき、各冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの距離に応じて駆動アーム９０１を伸縮させることもできる。
【０２２８】
図５３は、処理部５０側に冷却部９０を設け、冷却部９０を空冷銃９０２により構成した例を示す図である。冷却部９０は、乾燥空気空冷銃や冷却ガス空冷銃等の空冷銃９０２により構成されている。空冷銃９０２は、所定の範囲内で可動するように制御部９２０に取り付けられ、各冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃに向けて乾燥空気や冷却ガス等の風Ｗを放出可能になっている。空冷銃９０２は、特定の冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃを冷却するような構成としても良いし、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの全体を一度に冷却するような構成としても良い。
【０２２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光送信部１４の発光レベルに基づいて光送信部１４の周囲に配置された画素部１２等の各部の温度を推定することができる。これにより、光送信部１４だけでなく、画素部１２等の各部の冷却も最適化することができる。その結果、光送信部１４の発熱による各部のＳ／Ｎ比の劣化を抑えることができ、画像信号に生じるノイズを低減することができる。
【０２３０】
また、上述したように、冷却対象となる各部が実装される固体撮像素子１０とは異なる処理部５０に冷却部９０を設けた場合には、冷却部９０および冷却制御部９２と固体撮像素子１０との配置関係の制約が緩和され、設計の自由度をより向上させることができる。
【０２３１】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態に係る光通信システム１００Ｈについて説明する。本実施の形態では、処理部５０に光信号の平均受光レベルを検出する平均受光レベル検出部７２を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１〜第４の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｇと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２３２】
図５４は、本発明の第５の実施の形態に係る光通信システム１００Ｈの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｈは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と冷却制御部３２と冷却部３０とを有している。処理部５０は、光受信部５２と平均受光レベル検出部７２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。冷却制御部３２、９２および冷却部３０，９０は、固体撮像素子１０および処理部５０の何れか一方だけに設けても良い。
【０２３３】
図５５は、平均受光レベル検出部７２の構成例を示すブロック図である。平均受光レベル検出部７２は、増幅部７２１と積分部７２２と演算部７２３とを有している。増幅部７２１には、光受信部５２で受信された光信号が入力される。増幅部７２１は、後述する積分部７２２から供給されるフィードバック信号に基づいて光信号を増幅して積分部７２２および演算部７２３に供給する。積分部７２２は、増幅部７２１で増幅された光信号を平滑化（安定化）およびノイズ除去して増幅部７２１にフィードバックする。演算部７２３は、増幅部７２１から出力された光信号から平均受光レベルを算出して光送信部発熱判断部６０に供給する。増幅、積分および演算処理では、上述した平均発光レベル検出部２０で説明した処理と同様の処理が行われる（図３〜図８参照）。
【０２３４】
図５６は平均受光レベル検出部７２の他の構成例を示す図であり、図５６（Ａ）は平均受光レベル検出部７２に用いられる受光部の構成であり、図５６（Ｂ）は光受信部５２に用いられる受光部の構成を示す図である。
【０２３５】
平均受光レベル検出部７２には、受光素子面積が大きく、かつ、応答速度の遅いモニタＰＤを利用することもできる。つまり、通信に使用される光受信部５２の受光部とは別に、モニタＰＤを配置することで、光受信部５２で受光した平均受光レベルを取得することが可能になる。
【０２３６】
図５７は、光通信システム１００Ｈの動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ８０で光送信部発熱判断部６０は、平均受光レベル検出部７２から光送信部１４から送信される光信号の平均受光レベルを取得する。ステップＳＴ８２で光送信部発熱判断部６０は、取得した平均受光レベルから光送信部１４の発熱を判断し、判断結果を発熱抑制指示部８０に通知する。
【０２３７】
ステップＳＴ８４で発熱抑制指示部８０は、光送信部発熱判断部６０から供給される判断結果に基づいて各部を冷却するための冷却駆動値を供給し、冷却制御部９２に冷却部９０を冷却するように指示する。冷却駆動値は、上述したようなルックアップテーブルを参照することで取得できる。ステップＳＴ８６で冷却制御部９２は、発熱抑制指示部８０からの指示（冷却駆動値）に基づいて冷却部９０の駆動を行う。これにより、発熱が確認された光送信部１４等を冷却することができる。
【０２３８】
＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態に係る光通信システム１００Ｉについて説明する。本実施の形態では、上記第５の実施の形態の平均受光レベル検出部７２に加え、さらに光出力比較部４０を設けている点において上記第５の実施の形態と異なる。なお、上述した第１〜第５の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｈと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２３９】
図５８は、本発明の第６の実施の形態に係る光通信システム１００Ｉの構成の一例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｉは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と光出力比較部４０と冷却制御部３２と冷却部３０とを有している。処理部５０は、光受信部５２と平均受光レベル検出部７２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。
【０２４０】
図５９は、光出力比較部４０の構成を示すブロック図である。光出力比較部４０は、受光部４０１と比較部４０２と基準値保持部４０３と基準値設定部４０４と値参照部４０５と有している。受光部４０１は、例えばモニタＰＤから構成され、光送信部１４から出力される光信号を検出し、検出した光信号に応じた光モニタ電流を電圧Ｖ（ｔ）に変換する。変換された電圧Ｖ（ｔ）は比較部４０２に出力される。
【０２４１】
値参照部４０５は、例えば、光送信部１４を構成する発光部の駆動に必要なパラメータである、変調電流量およびバイアス電流量等が保持されるルックアップテーブルを有する。変調電流量およびバイアス電流量等のパラメータは、光送信部１４（発光部）の駆動に合わせて所定時間毎に逐次更新される。
【０２４２】
基準値設定部４０４は、値参照部４０５のルックアップテーブルから変調電流量およびバイアス電流量を参照し、基準電圧値Ｖrefを算出して基準値保持部４０３に供給する。基準電圧値Ｖrefは、光送信部１４の駆動に応じてルックアップテーブルに保持される変調電流等から算出される、許容最高温度時に光送信部１４から想定される光出力（光モニタ電流）に応じたものである。基準値保持部４０３は、基準値設定部４０４から供給された基準電圧値Ｖrefを保持する。
【０２４３】
比較部４０２は、所定時間ｔ毎に受光部４０１から電圧Ｖ（ｔ）を取得すると共に、基準値保持部４０３から基準電圧値Ｖrefを取得し、電圧Ｖ（ｔ）と基準電圧値Ｖrefとを比較し、比較結果を処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給する。
【０２４４】
図６０は、光通信システム１００の光出力比較部４０の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ９０で比較部４０２は、動作時の光送信部１４の光出力に応じた光モニタ電流を変換した電圧Ｖ（ｔ）を取得すると共に、基準値保持部４０３から電圧Ｖ（ｔ）に対応した基準電圧値Ｖrefを取得する。
【０２４５】
ステップＳＴ９２で比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）と基準電圧値Ｖrefとを比較する。比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも大きいと判断した場合にはステップＳＴ９４に進み、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも小さいと判断した場合にはステップＳＴ９６に進む。ステップＳＴ９４で比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも大きい場合には、ローレベルに対応した電圧レベルを生成して光送信部発熱判断部６０に出力してステップＳＴ９８に進む。ステップＳＴ９８で比較部４０２は、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ９０に戻る。ステップＳＴ９０では、時間（ｔ＋１）における電圧Ｖ（ｔ＋１）が取得される。
【０２４６】
一方、ステップＳＴ９６で比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも小さい場合には、ハイレベルに対応した電圧レベルを生成して光送信部発熱判断部６０に出力する。ステップＳＴ９８で比較部４０２は、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ９０に戻り、ステップＳＴ９０では時間（ｔ＋１）における電圧Ｖ（ｔ＋１）が取得される。このような一連の動作が繰り返され、得られた電圧レベルが光送信部発熱判断部６０に供給される。光送信部発熱判断部６０では、光出力比較部４０から供給される電圧レベルに応じた出力値（ハイレベルまたはローレベル）に基づいて光送信部１４の発熱の可否を判断する。
【０２４７】
図６１は、光送信部発熱判断部６０に入力される光出力比較部４０の出力値の時間変化の一例を示すグラフである。縦軸は光出力比較部４０により検出された光信号の電圧値を示し、横軸は時間を示す。グラフ中の点線は、光送信部１４の発熱を判断するための閾値電圧値Ｖthである。
【０２４８】
上述した光出力比較部４０の判断動作により、出力時間ｔの経過前まではローレベルの出力値が光出力比較部４０から供給され、出力値が閾値電圧値Ｖth未満で推移している。時間ｔｘを過ぎるとハイレベルの出力値が光出力比較部４０から供給され、出力値が閾値電圧値Ｖthを超えた状態で推移している。光送信部発熱判断部６０は、光信号の電圧Ｖ（ｔ）が閾値電圧値Ｖthを越えたときをトリガーとして、光送信部１４が発熱していると判断する。
【０２４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、平均受光レベル検出部７２により光送信部１４から出力された光信号の平均受光レベルを算出するので、算出した平均受光レベルの変化に基づいて光送信部１４が発熱したかを判断することができる。これにより、発熱源を正確に特定することができ、例えば光送信部１４に対して冷却処理を行う場合には、光送信部１４の発熱に応じた最適な冷却処理を行うことができる。
【０２５０】
また本実施の形態では、上述した平均発光レベルや光波形歪に加え、上述した光出力比較部４０からの出力を利用することで、光送信部１４における発熱検出の精度を向上させることができる。なお、光出力比較部４０からの出力値にのみ光送信部１４の発熱を判断することもできる。
【０２５１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述した実施の形態では、光送信部発熱判断部６０および発熱抑制指示部８０を処理部５０側に設けたが、固体撮像素子１０側に光送信部発熱判断部６０および発熱抑制指示部８０を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図２】平均発光レベル検出部の構成例を示すブロック図である。
【図３】増幅部で増幅された光信号の周波数特性を示す図である。
【図４】他の平均発光レベル検出部の構成例を示す図である。
【図５】増幅部で増幅処理された光信号の出力波形を示すグラフである。
【図６】演算部の第１の構成例を示すブロック図である。
【図７】演算部の第２の構成例を示すブロック図である。
【図８】演算部の第３の構成例を示すブロック図である。
【図９】半導体レーザの温度上昇と半導体レーザの動作の関係を説明するための図である。
【図１０】光送信部発熱判断部の構成例を示すブロック図である。
【図１１】光送信部の駆動電流と光出力の関係の一例を示す図である。
【図１２】光送信部発熱判断部の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図１３】光送信部発熱判断部に入力される平均発光レベルの時間変化を示す図である。
【図１４】光送信部発熱判断部の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図１６】光波形歪検出部の構成例を示すブロック図である。
【図１７】入力駆動信号の入力駆動波形と光送信部からの光出力波形とを比較した図である（第１の歪度算出方法）。
【図１８】光送信部で観測した光出力波形および入力駆動波形のモニタ表示例である。
【図１９】入力駆動信号の入力駆動波形と光送信部からの光出力波形とを比較した図である（第２の歪度算出方法）。
【図２０】入力駆動信号の入力駆動波形と光送信部からの光出力波形とを比較した図である。
【図２１】波形歪度と光送信部の温度と対応付けて保持する値参照部の構成例である。
【図２２】第３の歪度算出方法の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２３】光送信部発熱判断部に入力される平均発光レベルの時間変化を示す図である。
【図２４】光送信部発熱判断部の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図２６】光送信部発熱判断部の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２７】光送信部発熱判断部に入力される光送信部の温度の時間変化を示す図である。
【図２８】光送信部発熱判断部の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２９】本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図３０】発熱抑制指示部の構成例を示すブロック図である。
【図３１】光通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３２】光送信部の熱の及ぼす要因を説明するための図である。
【図３３】熱伝播関数の構成例を示すブロック図である。
【図３４】熱伝播関数を説明するための図である。
【図３５】発熱抑制指示部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３６】第４の実施の形態の第１の詳細例に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図３７】光送信部における発熱と各部との依存関係を説明するための図である。
【図３８】熱伝播関数の構成例を示す図である。
【図３９】発熱抑制指示部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図４０】ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰおよびＬＵＴ＿ＤＲＶの構成例を示す図である。
【図４１】発熱抑制指示部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４２】光送信部等の各部の温度変化と、その温度変化率を示す図である。
【図４３】光送信部の発熱が影響する画素部等の各部の構成例を示す図である。
【図４４】ＦＤアンプに生じる熱雑音スペクトルを示す図である。
【図４５】画素部の温度の時間変化、温度変化率、および冷却駆動値を示す図である。
【図４６】第３の実施の形態の第２の詳細例に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図４７】冷却制御部および冷却部の構成例を示すブロック図である。
【図４８】第３の実施の形態の第３の詳細例に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図４９】ペルチェ素子により構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５０】水路およびバルブにより冷却部を構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５１】バルブの開閉制御の一例を示す図である。
【図５２】ペルチェ素子により冷却部を構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５３】空冷銃により冷却部を構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５４】本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図５５】平均受光レベル検出部の構成例を示すブロック図である。
【図５６】平均受光レベル検出部の他の構成例を示す図であり、図
【図５７】光通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図５８】本発明の第５の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図５９】光出力比較部の構成を示すブロック図である。
【図６０】光出力比較部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６１】光送信部発熱判断部に入力される光出力比較部の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０２５３】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｉ・・・光通信システム、１０・・・固体撮像素子、１２・・・画素部、１４・・・光送信部、２０・・・平均発光レベル検出部、２０１・・・受光部、２０２・・・増幅部、２０３・・・積分部、２０４・・・演算部、２２・・・温度検出部、３０・・・冷却部、３２・・・冷却制御部、５０・・・処理部、５２・・・光受信部、５４・・・制御部、６０・・・光送信部発熱判断部、６０１・・・比較部、６０２・・・演算部、６０３・・・データ保持部、６０４・・・値参照部、７０・・・光波形歪検出部、７２・・・平均受光レベル検出部、７２１・・・増幅部、７２２・・・積分部、７２３・・・演算部、８０・・・発熱抑制指示部、８０１・・・値参照部、８０２・・・通知部、８０３・・・各部温度取得部、８０４・・・ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ、８０５・・・各部冷却駆動値算出部、８０６・・・ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ、８０７・・・ＬＵＴ＿ＤＲＶ、８０８・・・各部冷却駆動値取得部、９０・・・冷却部、９２・・・冷却制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理装置、固体撮像素子および光通信システムに関する。詳細には、光送信部の出力に応じた発熱情報を検出し、検出した発熱情報に基づいて光送信部が発熱しているか否かを判断し、光送信部が発熱したと判断された場合に、発熱情報に対応した光信号の温度情報をパラメータとする熱伝播関数を用いて各部に伝播する熱量や各部の温度を算出する処理装置等に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、データ伝送の大容量化・高速化に伴い、大容量・高速通信・低損失性に優れた光通信が広く利用されている。例えば、撮像装置などの電子機器においては、固体撮像素子により得られた画像信号を処理部に光無線通信により送信する電子機器が提案されている。この電子機器は、光信号を送信する光送信部と光送信部から送信された光信号を受信する光受信部とを備え、これらの機器間において光通信を行うものである。
【０００３】
ここで、固体撮像素子の光通信部で発生した熱は、固体撮像素子内の画素部、Ａ／Ｄ変換部および配線伝送路等に対して熱雑音を増加させてしまうおそれがある。この熱雑音の増加により、上記各部のＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）の劣化や配線伝送路における伝送エラーを引き引き起こす場合がある。
【０００４】
そこで、撮像装置などの電子機器内部において発生した熱による温度上昇を抑制する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、カメラヘッドに備えられた温度検出手段でカメラヘッドの内部温度を検出し、カメラ本体に備えられた温度判定手段により温度検出手段で検出した温度が所定温度を越える温度であるか否かを判定するカメラシステムが開示されている。このカメラシステムによれば、カメラヘッド内に備えられた撮像素子のノイズの影響が小さく抑えられて良好な画像を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４０７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるカメラシステムは、温度検出手段に設けられたカメラヘッドの内部の全体の温度を検出するものである。しかし、光送信部と光受信部との間で光通信を行う光通信システムにおいては、レーザダイオード等の発光素子が用いられるため、内部の温度に応じて、発光量の劣化が生じたり、発光していない等の問題が生じる場合がある。このような場合には、内部の全体温度を検出するよりも、特定の熱源（発光素子）の発熱を検出することが重要となってくる。
【０００７】
さらには、個々の各部に伝播する熱は、光送信部と各部の距離や媒体等によって異なるものである。これに伴い、各部の温度も異なってくるため、内部全体を均一に冷却することが好ましくない場合もある。その結果、熱雑音を抑制できずに、各部のＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）の劣化や伝送エラーを引き引き起こしてしまうという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光通信を行う場合に、光送信部の周辺に設けられた画素部等の各部の冷却を最適化できるようにした処理装置、固体撮像素子および光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る処理装置は、上記課題を解決するものであり、固体撮像素子に設けられた光送信部から出力される光信号を受信する光受信部と、前記固体撮像素子から供給される前記光送信部の出力による発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記固体撮像素子に設けられた光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを備えるものである。
【００１０】
また本発明に係る固体撮像素子は、入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部と、前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを備えるものである。
【００１１】
また本発明に係る光通信システムは、入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部とを有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記光送信部から出力される前記光信号を受信する光受信部と、前記固体撮像素子の前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを有する処理装置とを備えるものである。
【００１２】
本発明に係る光通信システムにおいては、固体撮像素子側の発熱情報検出部により、光送信部の出力に応じた発熱情報が検出される。発熱情報としては、例えば、光送信部の温度や光送信部から出力される光信号の発光レベル等が挙げられる。発熱情報検出部で検出された発熱情報は、処理装置側の光送信部発熱判断部に供給される。
【００１３】
処理装置側の光送信部発熱判断部では、発熱情報部から供給された発熱情報に基づいて光送信部が発熱しているか否かが判断される。光送信部発熱判断部において光送信部が発熱していると判断されると、発熱情報に応じて予め設定された温度情報が光送信部発熱判断部から発熱抑制指示部に供給される。例えば、発熱情報検出部において発光レベルを検出する場合には、発光レベルに応じて予め保持された光送信部の温度が用いられる。また発熱情報検出部において光送信部の温度を検出する場合には、検出した光送信部の温度がそのまま用いられる。発熱抑制指示部では、光送信部発熱判断部から供給された温度情報をパラメータとして熱伝播関数を用いて、光電変換部を含む各部における温度や熱量などの周辺熱情報が算出される。すなわち、発熱抑制指示部では、光送信部と各部との間の距離や媒体、周辺温度等の条件によって各部に伝播する熱が異なるので、各部の距離等の条件を考慮して各部毎の熱量が算出される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光送信部の温度情報に基づいて熱伝播関数により、光送信部の周辺に設けられた各部の熱量や温度等の周辺熱情報を算出することができる。これにより、光送信部だけでなく、光送信部の周辺に設けられた各部の冷却についても最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１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て説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システム１００Ａの構成例を示すブロック図である。
【００１６】
光通信システム１００Ａは、画像信号等を生成する固体撮像素子１０と固体撮像素子１０から光通信により送信された画像信号等に所定の処理を施す処理部（処理装置）５０とを備えている。この光通信システム１００Ａは、固体撮像素子１０側での平均発光レベルを検出し、処理部５０側で検出された平均発光レベルを用いて固体撮像素子１０が発熱しているかを判断するものである。
【００１７】
固体撮像素子１０は、光電変換部の一例である画素部１２と光送信部１４と発光レベル検出部の一例である平均発光レベル検出部２０とを有している。画素部１２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサから構成され、図示しないレンズ等を介して入射された撮像光を画素毎に電気信号に変換して画像信号を生成する。画像信号は、例えば、増幅部で、ゲイン調整が行われ、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling circuit）によりノイズ除去される。ゲイン調整されたアナログの画像信号は、Ａ／Ｄ変換部によりディジタルの画像信号に変換されて光送信部１４に供給される。
【００１８】
光送信部１４は、例えばレーザダイオード（LD：Laser Diode)や面発光型半導体レーザアレイ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)から構成されている。光送信部１４は、例えば、画像信号に応じた変調電流および図示しない制御部から駆動電流が供給されると、画素信号を光信号に変換して出力（発光）する。
【００１９】
平均発光レベル検出部２０は、光送信部１４から出力される光信号を検出し、検出した光信号の発光レベル（光量）に基づいて光信号の平均発光レベルを算出する。平均発光レベル検出部２０は、算出した平均発光レベルを処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給する。
【００２０】
処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と制御部５４とを有している。光受信部５２は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）から構成され、光送信部１４から出力された光信号を受信して電気信号に変換する。電気信号に変換された画像信号は、後述するように所定の処理が施される。光送信部発熱判断部６０は、発熱判断部の一例であり、固体撮像素子１０側の平均発光レベル検出部２０から供給される平均発光レベルに基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。
【００２１】
制御部５４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とから構成されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムを実行して光通信システム１００Ａの固体撮像素子１０および処理部５０の動作を制御する。
【００２２】
次に、平均発光レベル検出部２０について説明する。図２は、平均発光レベル検出部２０の構成例を示すブロック図である。平均発光レベル検出部２０は、受光部２０１と増幅部２０２と積分部２０３とを有している。受光部２０１は、例えばモニタＰＤから構成され、光送信部１４から出力された光信号を受光して電気信号に変換して増幅部２０２に供給する。
【００２３】
積分部２０３は、増幅部２０２で増幅された光信号を積分して平滑化し、平滑化した光信号を増幅部２０２にフィードバックする。増幅部２０２は、受光部２０１から供給される光信号を積分部２０３からのフィードバック信号に基づいて増幅することにより、光送信部１４で出力された光信号の平均発光レベルを出力する。
【００２４】
図３は、増幅部２０２により増幅された光（入力）信号の周波数特性を示すグラフである。縦軸は光信号の出力値（ｄＢ）であり、横軸はその周波数である。本例では、光信号がＦ［Ｈｚ］以下の周波数を含む信号であり、図３に示した増幅部２０２の周波数特性である場合を想定する。図３に示すように、増幅部２０２により増幅される光信号は、領域Ａｔ（平坦領域），領域Ｂｔ（こぶ領域）に比べると、領域Ｃｔ（リニア領域），領域Ｄｔ（減衰領域）の周波数成分は減衰している。
【００２５】
増幅部２０２では増幅時に、例えば熱雑音（Ｎ（Ｋ））、１／ｆノイズ（Ｎ（１／ｆ））、ランダムノイズ（Ｎrandom）が発生する。光信号に含まれる全体のノイズは以下の式（１）で与えられる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
積分部２０３は、増幅部２０２から供給された光信号を平滑化し、光信号の周波数特性の安定化および光信号に含まれるランダムノイズの除去を行う。本願発明は増幅の特性に応じて積分時間を定義する。ランダムノイズの除去は以下の式を満たすように行われる。すなわち、式（２）のＮrandomが最小（ゼロ）となるようなＴに設定することでランダムノイズＮrandomを除去することができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
また、光信号の出力波形の精度を上げるためには、出力波形に含まれるノイズを十分に抑制することができ、かつ、増幅部２０２の領域Ａの周波数成分を十分に含むような積分時間を設定することが好ましい。ここで、ノイズとは、上述したランダムノイズＮrandomを含む広義のノイズを意味しており、増幅部２０２以外、例えば画素部１２やＡ／Ｄ変換部１８で生じるノイズを含んでいる。ノイズを抑えるためには、積分時間Ｔを長く設定すれば良いが、あまり大きく設定すると光信号の変化が緩やかになり変化を検出することができなくなることが想定される。そこで、積分時間Ｔは、例えば図３で示した領域Ａの周波数成分を含み、領域Ｂｔの周波数成分が抑えられる式（３）に示す時間Ｔに設定することが好ましい。
【００３０】
【数３】
【００３１】
したがって、上述したランダムノイズＮrandomおよび広義のノイズを除去するためには、上記式（２）のランダムノイズＮrandomを最小とすると共に、上記（３）を満たすような積分時間Ｔに設定する。そして、積分部２０３は、増幅部２０２から供給された光信号を上記積分時間Ｔにより積分を行い、積分により得られたフィードバック信号を増幅部２０２にフィードバックする。フィードバック信号は、Ｆ１［Ｈｚ］までの周波数成分を含むものとする。
【００３２】
増幅部２０２では、積分部２０３からのフィードバック信号により、入力と出力の特性が等しくなるように動作するので、増幅部２０２から出力される光信号は、Ｆ１［Ｈｚ］の周波数成分を大きく含む信号になる。これにより、増幅部２０２からは、ランダムノイズＮrandomや広義のノイズが除去された安定化した光信号が出力される。
【００３３】
図４は、他の平均発光レベル検出部２０Ａの構成例を示す図である。平均発光レベル検出部２０Ａは、平均発光レベルの精度のさらなる向上を図るため、上述した受光部２０１、増幅部２０２および積分部２０３の他に、さらに演算部２０４を有している。
【００３４】
図５は、増幅部２０２で増幅処理された光信号の出力波形を示すグラフである。縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。演算部２０４では、増幅部２０２で増幅処理された光信号の出力波形に対して、互いに異なる複数の時間（ｔ0〜ｔn）でのサンプル（出力）値（Ａ0〜Ａn）を利用して、光送信部１４から出力される光信号の平均受光レベルを算出する。
【００３５】
（第１の構成例）
図６は、演算部２０４の第１の構成例を示すブロック図である。演算部２０４は、複数の減算部５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ，５０１ｄと比較・演算部５０２と重み付け部５０３，５０３ｂ，５０３ｃ，５０３ｄと加算部５０４とから構成されている。
【００３６】
減算部５０１ａは、現在の時間である時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ3の発光レベルＡ3を減算して比較・演算部５０２に出力する。減算部５０１ｂは、時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ2の発光レベルＡ2を減算して比較・演算部５０２に出力する。減算部５０１ｃは、時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ1の発光レベルＡ１を減算して比較・演算部５０２に出力する。減算部５０１ｄは、時間ｔ4の発光レベルＡ4から時間ｔ0の発光レベルＡ0を減算して比較・演算部５０２に出力する。
【００３７】
比較・演算部５０２は、減算部５０１ａ〜５０１ｄから入力される差分値に基づいて光信号の外形を推定し、推定した光信号の外形を重み付け部５０３ａ〜５０３ｄのそれぞれに出力する。
【００３８】
重み付け部５０３ａは、光信号の外形における時間Ａ3のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ４を重み付け演算して加算部５０４に出力する。重み付け部５０３ｂは、光信号の外形における時間Ａ2のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ３を重み付け演算して加算部５０４に出力する。重み付け部５０３ｃは、光信号の外形における時間Ａ1のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ２を重み付け演算して加算部５０４に出力する。重み付け部５０３ｄは、光信号の外形における時間Ａ0のサンプル値に対して重み付け係数Ｘ１を重み付け演算して加算部５０４に出力する。
【００３９】
加算部５０４は、重み付け部５０３ａ〜５０３ｄから出力される重み付けされた各サンプル値と時間ｔ4のサンプル値を加算する。そして、例えば、加算値と平均発光レベルとが対応付けられたルックアップテーブルを参照することにより、加算値に対応した平均発光レベルが得られる。また、加算値そのものを平均発光レベルとしてもよい。
【００４０】
（第２の構成例）
図７は、演算部２０４の第２の構成例を示すブロック図である。平均発光レベル検出部２０Ａは加算部５０４を有している。加算部５０４は、光送信部１４から入力される、光信号の時間ｔ0〜ｔ4におけるサンプル値を取得して加算する。そして、加算部５０４は、上述したように、例えば加算値と平均発光レベルとが対応付けられたルックアップテーブルを参照することにより、加算値に対応した平均発光レベルを取得する。
【００４１】
（第３の構成例）
図８は、演算部２０４の第３の構成例を示すブロック図である。平均発光レベル検出部２０Ａは、遅延器５０６ａ，５０６ｂ，５０６ｃと、加算部５０４とから構成されている。増幅部２０２から出力された光信号の発光レベル（サンプル値（Ａ（ｔ）））は演算部２０４に入力され、各遅延器５０６ａ，５０６ｂ，５０６ｃによって１サンプリングずつ遅延される。例えば、遅延器５０６ａには時間ｔ3におけるサンプル値Ａ3が保持され、遅延器５０６ｂには時間t2におけるサンプル値Ａ2が保持され、遅延器５０６ｃには時間ｔ1におけるサンプル値Ａ1が保持される。
【００４２】
演算部２０４に時間ｔ4におけるサンプル値Ａ4が入力されると、加算部５０４にサンプル値Ａ1〜Ａ4が入力される。加算部５０４はサンプル値Ａ1〜Ａ4を加算する。そして、例えば加算値と平均発光レベルとが対応付けられたルックアップテーブルを参照することにより、加算値に対応した平均発光レベルを取得する。
【００４３】
次に、光送信部発熱判断部６０について説明する。まず、光送信部発熱判断部６０を説明する前に、半導体レーザ（光送信部１４に相当）の温度上昇と、半導体レーザの動作の関係について説明する。図９は、一般的な半導体レーザの温度上昇と半導体レーザの動作の関係を説明するための図である。式（ｉ）は動作（駆動）電流Ｉopと光量Ｐとの関係を示す式であり、式（ｉｉ）は発振領域における温度上昇ΔＴj（直流動作）を示す式であり、式（ｉｉｉ）は閾値電流と温度上昇ΔＴjの関係を示す式である。
【００４４】
半導体レーザに動作電流Ｉopが流れると、閾値電流Ｉthは一定であるので温度上昇ΔＴjを引き起こす（式（ｉｉ）参照）。半導体レーザの温度上昇ΔＴjが引き起こされると、閾値電流Ｉthは増加する（式（ｉｉｉ）参照）。閾値電流Ｉthが増加して外部微分量子光率ηdが低下すると、光量Ｐが小さくなる（式（ｉ）参照）。一方、光量Ｐを保持するために動作電流Ｉopを増加すると、さらに温度上昇ΔＴjを引き起こす。そこで、閾値電流Ｉthを小さく、外部微分量子効率ηdを高く、熱抵抗を小さくする工夫が必要となる。
【００４５】
図１０は光送信部発熱判断部６０の構成例を示すブロック図である。光送信部発熱判断部６０は、比較部６０１と演算部６０２とデータ保持部６０３と値参照部６０４とを有している。
【００４６】
データ保持部６０３には、例えば、平均発光レベル検出部２０から出力される単位時間毎の平均発光レベルＡ（ｔ）が更新されて保持されると共に、光送信部１４の発熱の可否を判断する際に用いられる閾値としての発熱時発光レベル閾値Ａthが保持される。発熱時発光レベル閾値Ａthとは、例えば、発熱により光送信部１４等に悪影響を及ぼす温度を発熱温度としたときの光送信部１４の発光レベルである。
【００４７】
値参照部（ルックアップテーブル）６０４には、光送信部１４を駆動する駆動電流と、駆動電流に応じた平均発光レベルおよび光送信部１４の温度とが対応付けられて記憶される。図１１は、光送信部１４の駆動（順）電流と光出力の関係の一例を示す図である。縦軸は光信号の光量Ｐo（光出力）を示し、横軸は順電流を示す。例えば、順電流Ｉfを８０ｍＡとした場合、光送信部１４の温度が２５℃のときには光出力Ｐoが３０ｍＷであり、光送信部１４の温度が６０℃のときには光出力Ｐoが１５ｍＷである。このように、同じ順電流Ｉfを光送信部１４に供給したとしても、光送信部１４の温度によって出力される光信号の光出力Ｐoは変化する。すなわち、光送信部１４の温度が上昇すると消光比、発光（受光）レベルは小さくなる。値参照部６０４には、このような関係を有するパラメータのそれぞれが互いに関連付けられて記憶される。
【００４８】
図１０に戻り、比較部６０１は、平均発光レベル検出部２０から平均発光レベルＡ（ｔ）を取得すると共に、データ保持部６０３に保持されている発熱時発光レベル閾値Ａthを参照する。比較部６０１は、取得した平均発光レベルＡ（ｔ）と発熱時発光レベル閾値Ａthとを比較する。
【００４９】
演算部６０２は、比較部６０１の比較結果に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断し、判断結果を後述する発熱抑制指示部８０（図１参照）に供給する。また、演算部６０２は、平均発光レベル検出部２０から出力された平均発光レベルＡ（ｔ）に対応した光送信部１４の温度Ｔ（ｔ）を値参照部６０４から取得して、後述する発熱抑制指示部８０に供給する。温度Ｔ（ｔ）は、画素部１２等の各部の温度を取得（推定）する際に用いられる。
【００５０】
次に、光送信部発熱判断部６０の判断動作について説明する。
＜第１の判断動作＞
図１２は光送信部発熱判断部６０の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。図１３に示す光送信部発熱判断部６０に入力される平均発光レベルの時間変化を示すグラフを参照しながら説明する。ステップＳＴ１０で比較部６０１は、平均発光レベル検出部２０から出力される光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）を取得してステップＳＴ１２に進む。
【００５１】
ステップＳＴ１２の比較部６０１は、データ保持部６０３から発熱時発光レベル閾値Ａthを読み出し、平均発光レベルＡ（ｔ）と発熱時発光レベル閾値Ａthとを比較する。比較した結果、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも小さいと判断した場合（図１３の例えばＰ１参照）にはステップＳＴ１６に進む。一方、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも大きいと判断した場合（図１３の例えばＰ２参照）にはステップＳＴ１４に進む。
【００５２】
ステップＳＴ１６で演算部６０２は、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも小さい場合、光送信部１４が所定の温度、例えば光送信部１４や周辺の各機能部に悪影響を与える温度以上になったと判断し、光送信部１４が発熱していると判断する。
【００５３】
一方、ステップＳＴ１４で演算部６０２は、光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）が発熱時発光レベル閾値Ａthよりも大きい場合、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ１０に戻る。ステップＳＴ１０では時間（ｔ＋１）に対応した平均発光レベルＡ（ｔ＋１）を取得し、上述した一連の判断動作を繰り返し行う。
【００５４】
＜第２の判断動作＞
図１４は、光送信部発熱判断部６０の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ２０で比較部６０１は、平均発光レベル検出部２０から出力される現在の時間における光信号の平均発光レベルＡ（ｔ）を取得すると共に、データ保持部６０３から過去の時間における平均発光レベルＡ（ｔ−１）を取得する。
【００５５】
ステップＳＴ２２で比較部６０１は、現在の平均発光レベルＡ（ｔ）と過去の平均発光レベルＡ（ｔ−１）との差分を算出して平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ）を取得する。同様の処理により、例えば過去の平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ−１）を取得する。
【００５６】
ステップＳＴ２４で比較部６０１は、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ）が０よりも小さいか否かを判断すると共に、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ−１）が０よりも小さいか否かを判断する。つまり、本例では、連続する時間において連続して平均発光レベル変化量ΔＡが減少傾向にある場合には、光送信部１４の温度が上昇していると判断する。比較部６０１は、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ）＜０、かつ、平均発光レベル変化量ΔＡ（ｔ−１）＜０の条件を満たすと判断した場合にはステップＳＴ２６に進み、上記条件を満たさないと判断した場合にはステップＳＴ２８に進む。
【００５７】
ステップＳＴ２６で演算部６０２は、上記条件を満たすと判断した場合、光送信部１４の温度が上昇しているとして、光送信部１４が発熱していると判断する。一方、ステップＳＴ２８で演算部６０２は、上記条件を満たさないと判断した場合、ｔをインクリメントしてステップＳＴ２０に戻る。ステップＳＴ２０では時間（ｔ＋１）に対応した平均発光レベル変化量Ａ（ｔ＋１）を取得し、上述した一連の判断動作を繰り返し行う。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、平均発光レベル検出部２０により光送信部１４から出力された光信号の平均発光レベルを算出するので、算出した平均発光レベルの変化に基づいて光送信部１４が発熱したかを判断することができる。これにより、発熱源を正確に特定することができ、例えば光送信部１４に対して冷却処理を行う場合には、光送信部１４の発熱に応じた最適な冷却処理を行うことができる。また、本実施の形態によれば、平均発光レベル検出部２０を固体撮像素子１０側に設けるので、平均発光レベル検出部２０を光送信部１４と同一のチップに集積することができる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光通信システム１００Ｂについて説明する。本実施の形態では、処理部５０または固体撮像装置１０に光波形歪検出部７０を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１の実施の形態の光通信システム１００Ａと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６０】
図１５（Ａ）は、光波形歪検出部７０を処理部５０に設けた場合の光通信システム１００Ｂの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｂは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光波形歪検出部７０と光送信部発熱判断部６０と制御部５４とを有している。光波形歪検出部７０は、光受信部５２で受光された光信号の光波形歪度を検出するものであり、検出した光波形歪度を光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０から供給された光波形歪度に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。
【００６１】
また、光波形歪検出部７０は固体撮像素子１０側に設けることもできる。図１５（Ｂ）は、光波形歪検出部７０を固体撮像素子１０に設けた場合の光通信システム１００Ｂの構成例を示すブロック図である。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と光波形歪検出部７０とを有している。光波形歪検出部７０は、光送信部１４で発光された光信号の光波形歪度を検出し、検出した光波形歪度を処理部５０の光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０から供給された光波形歪度に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。
【００６２】
図１６は、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示した光波形歪検出部７０の構成を示すブロック図である。光波形歪検出部７０は、受光部７０１と増幅部７０２と演算部７０３と参照部７０４とを有している。受光部７０１は、例えばモニタＰＤから構成され、光送信部１４から発光された光信号を電気信号に変換して増幅部７０２に出力する。増幅部７０２は、受光部２０１から出力された光信号を増幅して演算部７０３に供給する。
【００６３】
参照部７０４は、遅延回路を有した電気回路や所定時間毎に更新されるルックアップテーブルにより構成され、ルックアップテーブルには例えば遅延を調整した光送信部１４の入力駆動波形が保持されている。演算部７０３は、増幅部７０２から出力された光信号の出力波形の歪度を、参照部７０４の入力駆動波形を参照することで算出して光波形歪度を光送信部発熱判断部６０に供給する。本例では、後述するように光信号の出力波形の歪度を３つの算出パターンにより算出している。光送信部発熱判断部６０は、光送信部発熱判断部６０により算出された光波形歪度に基づいて光送信部１４が発熱したか否かを判断する。
【００６４】
（第１の歪度算出方法）
まず、第１の歪度算出方法について説明する。第１の歪度算出方法は、光出力波形の立ち上がり、立下りの傾きに着目した方法である。図１７（Ａ）は入力駆動信号の入力駆動波形を示すグラフであり、図１７（Ｂ），図１７（Ｃ），図１７（Ｄ）は、光送信部１４の温度が変化したときに光受信部５２で受信される各光出力波形を示すグラフである。図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）の縦軸は波形の振幅を示し、横軸は時間を示す。なお、入力駆動波形に対して出力波形は遅延を生ずるが、遅延の位相に関しては省略して説明する。
【００６５】
図１７（Ｂ）〜図１７（Ｄ）に示すように、同じ入力駆動信号により光送信部１４を駆動した場合でも、光送信部１４の温度変化に応じて、光受信部５２で受信される光信号の光出力波形の立ち上がり（上昇）および立ち下がり（下降）時間が変化する。例えば、光送信部１４の温度が図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）の順番で上昇したとすると、光信号の光出力波形の立ち上がりおよび立下りの傾きは徐々に小さくなっていく。つまり、温度の上昇に伴い、光信号の光出力波形の立ち上がりの傾きは、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４の関係を満たしている。
【００６６】
図１８は光出力波形および入力駆動波形をモニタに表示したものであり、図１８（Ａ）は光送信部１４の温度が５°の場合であり、図１８（Ｂ）は光送信部１４の温度が２８°の場合である。ここでは、光波形出力として、光受信部５２での波形を例にとり、現象の説明を行う。図１８（Ａ）と図１８（Ｂ）とを比較すると、光送信部１４の温度が高い図１８（Ｂ）の光出力波形の傾きＩ６の方が、温度の低い図１８（Ａ）の光出力波形の傾きＩ５よりも小さくなっていることが分かる。
【００６７】
そこで、第１の歪度算出方法では、光出力波形の立ち上がり、立下りの傾きに着目して出力波形の歪度から光送信部１４が温度上昇しているか否かを判断する。具体的には、参照部７０４は、例えば、入力駆動信号の入力駆動波形の立ち上がりの傾きを基準傾き（閾値）として保持している。演算部７０３は、光信号の光出力波形の傾きと、参照部７０４から読み出した入力駆動波形の立ち上がりの基準傾きと比較し、比較結果を光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０の演算部７０３から供給された比較結果に基づいて、傾きの差が所定の閾値を超えた場合（例えば小さい場合）には光送信部１４が発熱していると判断する。そして、光送信部発熱判断部６０は、判断結果に基づく制御信号を生成して制御部５４（図１５参照）に供給する。制御部５４は、光送信部発熱判断部６０から供給される制御信号に基づいて後述する冷却部の制御を行う。
【００６８】
（第２の歪度算出方法）
次に、第２の歪度算出方法について説明する。第２の歪度算出方法は、光信号が出力されるまでの遅延時間（発振遅れ時間）の変化に着目した方法である。図１９（Ａ）は入力駆動信号の入力駆動波形を示すグラフであり、図１９（Ｂ），図１９（Ｃ），図１９（Ｄ）は、光送信部１４の温度が変化したときに光受信部５２で受信される各光出力波形を示すグラフである。図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）の縦軸は波形の振幅を示し、横軸は時間を示す。なお、入力駆動波形に対して出力波形は遅延を生ずるが、遅延の位相に関しては省略して説明する。
【００６９】
光送信部１４の温度と光送信部１４から光信号が出力されるまでの発振時間とは以下の式（４）により規定される。
【００７０】
【数４】
【００７１】
ここで、ｔdは発振遅れ時間であり、τnは電子のライフ・タイムであり、Ｉpは変調電流であり、Ｉbはバイアス電流であり、Ｉthは閾値電流である。また、Ｔ0は特性温度であり、Ｔjは活性層の温度であり、Ｉth0は係数である。上記式（４）の関係から、活性層の温度Ｔjに対して、発振遅れ時間ｔdは一意に決まり、Ｔj＝Ｆｕｎｄ（ｔｄ）の関係が成立する。
【００７２】
したがって、同じ入力駆動信号により光送信部１４を駆動した場合でも、光送信部１４の温度の変化により、光送信部１４から光信号が出力されるまでの発振時間が変化する。ここで、入力駆動信号の発振時間と光信号の発振時間との差を発振遅れ時間Ｔlとする。例えば、光送信部１４の温度が図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）、図１９（Ｄ）の順番で上昇したとすると、温度上昇に応じて光信号の発振遅れ時間Ｔlが長くなっていく。つまり、温度上昇に伴い、光信号の発振遅れ時間Ｔ１はＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たしている。
【００７３】
図２０は光出力波形および入力駆動波形をモニタに表示したものであり、図２０（Ａ）は光送信部１４の温度が２°の場合であり、図２０（Ｂ）は光送信部１４の温度が３０°の場合である。ここでは、光波形出力として、光受信部５２での波形を例にとり、現象の説明を行う。図２０（Ａ）と図２０（Ｂ）とを比較すると、光送信部１４の温度が高い図２０（Ｂ）の方が、発振遅れ時間が長くなっていることが分かる。
【００７４】
そこで、第２の歪度算出方法では、出力波形の立ち上がりの発振遅れ時間に着目して光送信部１４が温度上昇しているか否かを判断する。具体的には、参照部７０４は、入力駆動信号の入力駆動波形の発振遅れ時間を基準発振遅れ時間（閾値）として保持している。演算部７０３は、光信号の光出力波形の発振遅れ時間と、参照部７０４から読み出した入力駆動波形の基準発振遅れ時間と比較し、比較結果を光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０は、光波形歪検出部７０から供給された比較結果に基づいて、例えば発振遅れ時間の差が所定の閾値を超えた場合には光送信部１４が発熱していると判断する。
【００７５】
（第３の歪度算出方法）
次に、第３の歪度算出方法について説明する。第３の歪度算出方法では、光信号の出力波形の光送信部１４に入力される入力駆動信号の駆動波形に対する変形の度合い（波形歪度）に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。光信号の出力波形の光送信部１４に入力される入力駆動信号の駆動波形に対する変形の度合いを示す量（波形歪度）は、以下の式（５）により定義される。式（５）は入力駆動波形に対して、出力波形がどの程度波形形状が変化したかを定量化したものである。
【００７６】
【数５】
【００７７】
ここで、Ｔｘは、入力駆動波形（送信波形）であり、０から１の範囲にレベルが収まるように正規化されている。Ｒｘは出力波形（受信波形）であり、０から１の範囲にレベルが収まるように正規化されている。光送信部１４での処理遅延は補正してあるものとする。上記式（５）から分かるように、波形変形が大きいほど、波形歪度Ｄの値は大きくなる。つまり、光送信部１４の温度が上昇すると、波形歪度Ｄの値は大きくなる。
【００７８】
また、波形歪度Ｄは、図２１に示すように、光送信部１４の温度Ｔと関連付けて値参照部６０４のルックアップテーブルに保持される。このルックアップテーブルは、後述するように波形歪度Ｄから光送信部１４の温度Ｔを取得し、取得した温度Ｔから冷却対象物を冷却する際の冷却駆動電圧値等を算出する際に用いられる。
【００７９】
＜第１の判断動作＞
図２２は、第３の歪度算出方法の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。図２３に示す光送信部発熱判断部６０に入力される波形歪度を示すグラフを参照しながら説明する。
【００８０】
ステップＳＴ３０で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、光波形歪検出部７０の受光部７０１で受光した光信号の光出力波形と光波形歪検出部７０の参照部７０４から参照した入力駆動信号の入力駆動波形とを用いて上記式（５）により演算することで得られた波形歪度Ｄ（ｔ）を取得する。
【００８１】
ステップＳＴ３２で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、演算により得られた波形歪度Ｄ（ｔ）と予め設定された閾値Ｄthとを比較し、波形歪度Ｄ（ｔ）が閾値Ｄthよりも大きいと判断された場合（図２３の例えばＱ１参照）にはステップＳＴ３４に進む。一方、波形歪度Ｄ（ｔ）が閾値Ｄthよりも小さいと判断した場合（図１３の例えばＱ２参照）にはステップＳＴ３６に進む。
【００８２】
ステップＳＴ３４で光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は、波形歪度Ｄ（ｔ）が閾値Ｄthよりも大きいと判断した場合には、光送信部１４が所定の温度、例えば光送信部１４や周辺の各機能部に悪影響を与える温度以上になったと判断して光送信部１４が発熱していると判断する。
【００８３】
一方、ステップＳＴ３６の光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ３０に戻る。ステップＳＴ３０では時間（ｔ＋１）に対応した波形歪度Ｄ（ｔ＋１）を取得する。
【００８４】
＜第２の判断動作＞
図２４は、光送信部発熱判断部６０の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ４０で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、光波形歪検出部７０の受光部７０１で受光した光信号の光出力波形と光波形歪検出部７０の参照部７０４から参照した入力駆動信号の入力駆動波形とを用いて上記式（５）により演算することで得られた波形歪度Ｄ（ｔ）を取得すると共に、光送信部発熱判断部６０のデータ保持部６０３から過去の波形歪度Ｄ（ｔ−１）を取得する。
【００８５】
ステップＳＴ４２で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、現在の波形歪度Ｄ（ｔ）と過去の波形歪度Ｄ（ｔ−１）との差分を算出して波形歪度変化量ΔＤ（ｔ）を取得する。同様にして、例えば過去の波形歪度変化量ΔＤ（ｔ−１）を取得する。
【００８６】
ステップＳＴ４４で光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、波形歪度ΔＤ（ｔ）が０より大きいか否かを判断すると共に、波形歪度ΔＤ（ｔ−１）が０より大きいか否かを判断する。つまり、本例では、連続する時間において連続して波形歪度Ｄが増加傾向にある場合には、光送信部１４の温度が上昇していると判断する。光送信部発熱判断部６０の比較部６０１は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０であると判断した場合にはステップＳＴ４６に進む。一方、演算部６０２は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０でないと判断した場合にはステップＳＴ４８に進む。
【００８７】
ステップＳＴ４６で光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０であると判断した場合には、光送信部１４の温度が上昇しているとして、光送信部１４が発熱していると判断する。一方、ステップＳＴ４８の光送信部発熱判断部６０の演算部６０２は、波形歪度ΔＤ（ｔ）＞０、かつ、ΔＤ（ｔ−１）＞０でないと判断した場合には、ｔをインクリメントしてステップＳＴ４０に戻る。ステップＳＴ４０では時間（ｔ＋１）に対応した波形歪度Ｄ（ｔ＋１）を取得する。
【００８８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光波形歪検出部７０により入力駆動信号の入力駆動波形に対する光信号の光出力波形の歪度に基づいて光送信部１４が発熱したかを判断することができる。これにより、発熱源を正確に特定することができ、例えば光送信部１４に対して冷却処理を行う場合には、光送信部１４の発熱に応じた最適な冷却処理を行うことができる。また、本実施の形態によれば、光波形歪検出部７０を固体撮像素子１０側に設けるので、光波形歪検出部７０を光送信部１４と同一のチップに集積することができる。なお、上述した第１〜第３の歪度算出方法については、図１５（Ｂ）に示した光波形歪検出部７０を固体撮像素子１０側に設けた光通信システム１００Ｂについても適用することができる。
【００８９】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システム１００Ｃについて説明する。本実施の形態では、温度検出部２２を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１の実施の形態の光通信システム１００Ａと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９０】
図２５は、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システム１００Ｃの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｃは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と温度検出部２２とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と制御部５４とを有している。
【００９１】
温度検出部２２は、例えば熱センサにより構成され、光送信部１４の近傍に配置され、光送信部１４の温度を検出して処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給する。光送信部発熱判断部６０の構成は図１０で示したブロック構成と同様の構成を有する。
【００９２】
光送信部発熱判断部６０は、固体撮像素子１０側の温度検出部２２から供給される平均温度に基づいて光送信部１４が発熱しているか否かを判断する。光送信部発熱判断部６０の値参照部６０４は、光送信部１４が発熱しているか否かを判断する際に用いられる、光送信部１４における許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘを保持する。
【００９３】
次に、光送信部発熱判断部６０の判断動作について説明する。判断動作としては、例えば光送信部許容最大温度を上回ったか否かにより発熱を判断する第１の判断動作と、光送信部１４の温度が増加傾向にあるか否かにより発熱を判断する第２の判断動作とがある。
【００９４】
（第１の判断動作）
図２６は光送信部発熱判断部６０の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。図２７に示す光送信部発熱判断部６０に入力される光送信部１４の温度の時間変化を示すグラフを参照しながら説明する。ステップＳＴ１００で比較部６０１は、温度検出部２２により入力される光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔを取得してステップＳＴ１０２に進む。
【００９５】
ステップＳＴ１０２の比較部６０１は、値参照部６０４から許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘを読み出し、温度Ｔ＿ｏｐｔと許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘとを比較する。比較した結果、光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも大きいと判断した場合（図２７の例えばＲ１参照）にはステップＳＴ１０４に進む。一方、光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも小さいと判断した場合（図２７の例えばＲ２参照）にはステップＳＴ１０６に進む。
【００９６】
ステップＳＴ１０４で演算部６０２は、温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも大きい場合、光送信部１４が所定の温度、例えば光送信部１４や周辺の各機能部に悪影響を与える温度以上になったと判断し、光送信部１４が発熱していると判断する。
【００９７】
一方、ステップＳＴ１０６で演算部６０２は、温度Ｔ＿ｏｐｔが許容最大温度Ｔ＿ｏｐｔ＿ｍａｘよりも小さい場合、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ１００に戻る。ステップＳＴ１００では時間（ｔ＋１）に対応した温度Ｔ＿ｏｐｔを取得する。
【００９８】
（第２の判断動作）
図２８は、光送信部発熱判断部６０の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ１１０で比較部６０１は、温度検出部２２により入力される光送信部１４の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ）を取得すると共に、データ保持部６０３から過去の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ−１）を取得する。
【００９９】
ステップＳＴ１１２で演算部６０２は、現在の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ）と過去の温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ−１）との差分を算出して温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ）を取得する。同様にして、例えば過去の温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ−１）を取得する。
【０１００】
ステップＳＴ１１４で比較部６０１は、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ）が０よりも大きいか否かを判断すると共に、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ−１）が０よりも大きいか否かを判断する。つまり、本例では、連続する時間において連続して温度変化量が増加傾向にある場合には、光送信部１４の温度が上昇していると判断する。演算部６０２は、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ）＞０、かつ、温度変化量ΔＴ＿ｏｐｔ（ｔ−１）＞０の条件を満たすと判断した場合にはステップＳＴ１１６に進み、上記条件を満たさないと判断した場合にはステップＳＴ１１８に進む。
【０１０１】
ステップＳＴ１１６で演算部６０２は、上記条件を満たすと判断した場合、光送信部１４の温度が上昇しているとして、光送信部１４が発熱していると判断する。
【０１０２】
一方、ステップＳＴ１１８で演算部６０２は、上記条件を満たさないと判断した場合、ｔをインクリメントしてステップＳＴ１１０に戻る。ステップＳＴ１１０では時間（ｔ＋１）に対応した温度Ｔ＿ｏｐｔ（ｔ＋１）を取得する。このように、本実施の形態によっても、温度検出部２２を光送信部１４の周辺（近傍）に配置することで光送信部１４が発熱したかを判断することができる。
【０１０３】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態に係る光通信システム１００Ｄについて説明する。本実施の形態では、固体撮像素子１０および処理部５０に冷却制御部３２，９３および冷却部３０，９０を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１の実施の形態の光通信システム１００Ａと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１０４】
図２９は、本発明の第４の実施の形態に係る光通信システム１００Ｄの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｄは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と平均発光レベル検出部２０と冷却制御部３２と冷却部３０とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。冷却制御部３２、９２および冷却部３０，９０は、固体撮像素子１０および処理部５０の何れか一方だけに設けても良い。
【０１０５】
発熱抑制指示部８０は、光送信部発熱判断部６０により光送信部１４の発熱が判断されると、冷却制御部３２，９２に冷却対象物の冷却を指示する。発熱抑制指示部８０は、図３０に示すように、主として値参照部８０１と通知部８０２とから構成されている。値参照部８０１は、後述するように、冷却部３０，９０を駆動するための冷却駆動値を保持しており、例えば光送信部１４の温度等に対応した冷却駆動電圧等を含む冷却駆動値を読み出して通知部８０２に供給する。通知部８０２は、値参照部８０１から供給された冷却駆動値を冷却制御部３２，９２に供給する。
【０１０６】
冷却制御部３２，９２は、発熱抑制指示部８０の通知部８０２からの冷却駆動値に基づいて冷却部３０，９０を駆動する。冷却部３０，９０は、後述するようにペルチェ素子やファン等により構成され、冷却制御部３２，９３からの冷却駆動値に基づいて冷却対象物である光送信部１４等の冷却を行う。
【０１０７】
図３１は、光通信システム１００Ｄの動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ５０で光送信部発熱判断部６０は、平均発光レベル検出部２０から光送信部１４から出力された光信号の平均発光レベルを取得する。ステップＳＴ５２で光送信部発熱判断部６０は、取得した平均発光レベルから光送信部１４の発熱を判断し、判断結果を発熱抑制指示部８０に通知する。
【０１０８】
ステップＳＴ５４で発熱抑制指示部８０は、光送信部発熱判断部６０から供給される判断結果に基づいて冷却制御部９２に冷却部９０を冷却するように指示する。ステップＳＴ５６で冷却制御部９２は、発熱抑制指示部８０からの指示に基づいて冷却部９０の駆動を行う。これにより、発熱が確認された光送信部１４等を冷却することができる。
【０１０９】
次に、光送信部１４の熱の及ぼす要因について説明する。図３２は、光送信部１４の熱の及ぼす要因を説明するための図である。光送信部１４で生じた熱は、例えば空間や、基板を通じて、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播する。本発明においては、光送信部１４で生じた熱がＳ／Ｎ劣化要因部に与える影響を、光送信部１４から各部へ伝播する熱量でモデル化し、その指標として熱伝播関数を定義する。この熱伝播関数を利用し、光送信部１４の発熱により各Ｓ／Ｎ劣化要因部に伝播する熱量及び、各Ｓ／Ｎ劣化要因部の温度変化および温度を算出する。この熱伝播関数は、後述のように関数系あるいはルックアップテーブルの形式などで表現される。
【０１１０】
図３３（Ａ）および図３３（Ｂ）は、熱伝播関数の入出力を説明するための図である。関数系により表現された熱伝播関数について説明する。図３３（Ａ）に示す熱伝播関数では、光送信部１４と各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)（処理ブロック）との距離ｒ、周辺温度パラメータＴａ、周辺媒体パラメータＳの入力により、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播される熱量を算出する。図３３（Ｂ）に示す熱伝播関数では、距離ｒ、周辺温度パラメータＴａ、周辺媒体パラメータＳに加えて熱容量パラメータＣの入力により、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播される熱量および伝播した熱により上昇した各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)の温度を算出する。以下では、図３３（Ａ）に示す熱伝播関数を用いた例について説明し、その後、変形例について説明する。
【０１１１】
(図３３（Ａ）に示す熱伝播関数の説明)
周辺温度パラメータＴａは、光送信部１４と各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)との間の温度分布、および固体撮像素子１０内の温度分布などを示す。温度分布が得られない場合など、例えば、光送信部１４の温度などを利用する。周辺媒体パラメータＳは、光送信部１４とＳ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)との間の空間や実装される基板などの媒体であり、媒体の熱伝播率なども考慮される。熱容量パラメータＣは、各処理ブロックや媒体等の熱容量である。これらのパラメータｒ、Ｔ，Ｓ，Ｃは、例えば図３０に示した値参照部８０１等に記憶され、各部に伝播した熱量を算出するときに値参照部８０１から読み出されて参照される。
【０１１２】
続けて、熱伝播関数について詳細に説明する。図３４（Ａ）は光送信部１４から発生する熱がＡ／Ｄ変換部１８へ伝播する経路を示す図であり、図３４（Ｂ）はその変形例を示す図である。なお、以下では、光送信部１４の熱が伝播する処理ブロックとしてＡ／Ｄ変換部１８を一例として説明する。
【０１１３】
温度勾配がある場合、ある微小（単位）面積ｄＡを通過する単位時間当たりの熱量ｄＱは、温度勾配ｄＴ／ｄｒと、周辺の物質の形状、状態などで決まる周辺媒体パラメータＳ（ここでは、熱伝導率を想定）を利用して下記式（６）で記述される。
【０１１４】
【数６】
【０１１５】
なお、式（６）では、温度勾配に関する向きは考慮せず、大きさのみを考慮する。また、ｒは光送信部１４とＡ／Ｄ変換部１８の位置関係を示し、Ｔは周囲温度を示す。
【０１１６】
ここで、光送信部１４からＡ／Ｄ変換部１８へ熱が伝わる経路は、周囲の状態に応じて複数存在する。例えば、図３４（Ａ）に示すように、熱伝播経路としては、基板１５内を伝わる経路Ｒａや空間部を伝わる経路Ｒｂが存在している。そのため、複数の経路Ｒａ,Ｒｂ毎に物質の状態などが変化してくるので、各経路Ｒａ,Ｒｂに応じて周辺媒体パラメータＳａ,Ｓｂも変化する。そこで、Ａ／Ｄ変換部１８を通過する熱量Ｑは、様々な経路を経てＡ／Ｄ変換部１８に伝わる熱の総和を算出することで決定される。Ａ／Ｄ変換部１８を通過する熱量Ｑは、下記式（７）で記述される。
【０１１７】
【数７】
【０１１８】
ここで、ｄＱLiは、経路Liを経て、単位面積ｄＡを通過する単位時間当たりの熱量である。なお、上記式（７）は、単位時間当たりの熱量となるので、実際には時間方向の積分を行う。
【０１１９】
また、図３４（Ｂ）に示すように、光送信部１４とＡ／Ｄ変換部１８との間の経路Ｒａに、異なる別の物質Ｍａ，Ｍｂが介在している場合が考えられる。この場合、光送信部１４からの熱は、周辺媒体パラメータＳａ，Ｓｂ，Ｓａの順で伝播されてＡ／Ｄ変換部１８に伝わる。そのため、Ａ／Ｄ変換部１８に伝播する熱量Ｑは、これらの周辺媒体パラメータＳａ，Ｓｂを考慮して上記式（７）により算出する。
【０１２０】
このようにして、光送信部１４、Ａ／Ｄ変換部１８等の周辺温度Ｔと位置関係ｒから、温度勾配を算出し、さらに、周辺媒体パラメータＳを利用することで、各部の熱量Ｑを得ることができる。つまり、図３３（Ａ）に示すように、熱伝播関数は、周辺温度（周辺温度パラメータ）Ｔ，位置関係（距離）ｒ，周辺媒体パラメータＳを入力パラメータとすることで、Ａ／Ｄ変換部１８等の各部の熱量Ｑを得ることができる。
【０１２１】
（図３３（Ｂ）に示す熱伝播関数の説明）
一方、上述した熱量Ｑと熱容量Ｃの関係は、下記式（８）で記述される。
【０１２２】
【数８】
【０１２３】
そこで、各部の温度Ｔは、例えばＬＵＴに保持した各部の熱容量Ｃを参照し、上記式（８）を用いることで得ることができる。よって図３３（Ｂ）に示すように、本発明における熱伝播関数は、パラメータｒ,Ｔ，Ｓに加え、熱容量Ｃを入力パラメータとすることで、熱量Ｑを得るとともに、各部の温度Ｔを得ることができる。さらに各部の温度Ｔが得ることにより、温度上昇ΔＴも同時に得ることが可能になる。
【０１２４】
ところで、温度勾配を全ての経路において得ることが困難な場合には、熱源（光送信部１４）に対して、最も熱の伝導効率が高い経路を選び、その経路における周辺媒体パラメータＳ、距離ｒを利用する。さらに、光送信部１４の熱容量Ｃおよび温度Ｔを利用し、各部の熱量Ｑを下記の式（９）により算出する。式（９）ではＡ／Ｄ変換部１８を例にする。
【０１２５】
【数９】
【０１２６】
Ｒｓは、光送信部１４とＡ／Ｄ変換部１８との間において、熱の伝導効率が最も高い経路における、周辺媒体パラメータＳと、その媒体を経由する経路における最短距離ｒにより決まる比例定数である。つまり、固体撮像素子１０内の配置により一意に決定可能な値である。光送信部１４の熱容量Ｃは、例えばルックアップテーブルに予め保持したものを用いることができる。同時に、比例定数Ｒｓもルックアップテーブルに予め保持したものを用いることができる。
【０１２７】
（図３８に示す変形例の説明）
以上、関数形の熱伝播関数について説明したが、式（９）に示すように、温度勾配を利用することなく簡易的に推定する場合、予め光送信部１４の温度と、Ａ／Ｄ変換部１８の熱量とを対応付けたルックアップテーブルを作成することが可能になる。また、Ａ／Ｄ変換部１８の熱容量も予め知ることができるので、後述する図３８のように、光送信部１４の温度からＡ／Ｄ変換部１８の温度を得ることが可能になる。これが、ルックアップテーブルの形式で実現される熱伝播関数となる。ここで、図３８にあるように、光送信部１４の温度だけでなく、温度変化も考慮することで、Ａ／Ｄ変換部１８の温度を精度よく得ることが可能になる。
【０１２８】
このようにして、光送信部１４から生じた熱が、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に与える影響、例えばここでは、各Ｓ／Ｎ劣化要因部に伝播する熱量を算出する。ここで、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に伝播される熱量は、例えば、各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)の温度上昇などを引き起こし、図３２に示すように、画素部等の各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)に対して悪影響を与え、例えばＳ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）を劣化させる要因となる。そこで、発熱抑制指示部８０では、上記各パラメータｒ、Ｔ，Ｓ，Ｃを熱伝播関数(1)〜(4)により演算を行い、各部の温度を算出することで、冷却を行う際の最適な冷却駆動値を算出して冷却制御部３２，９２に供給する。
【０１２９】
図３５は、発熱抑制指示部８０の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、温度上昇ΔＴｉを参照し、各部の冷却駆動値を取得する例を示しているが、後述の図４０にあるように各部の温度Ｔｉおよび温度上昇ΔＴｉを利用し、冷却駆動値を取得することも可能である。ステップＳＴ６０で、光送信部発熱判断部６０から光送信部１４の温度Ｔを取得する。光送信部１４の温度Ｔは、平均発光レベル検出部２０で取得した平均発光レベルに応じたものが、値参照部６０４のルックアップテーブル（図１０参照）から読み出されて供給される。
【０１３０】
ステップＳＴ６２で、上述した熱伝播関数により、固体撮像素子１０の各部に伝播した熱量を算出する。つまり、光送信部１４の温度Ｔを１つのパラメータとして熱伝播関数により得られた熱量から、光送信部１４の周辺に配置された各部の温度を算出（推定）する。パラメータとしては、図３３で示した距離ｒ、周辺温度パラメータＴａ、周辺媒体パラメータＳおよび熱容量パラメータＣを用いることができる。
【０１３１】
ステップＳＴ６４で、各部の熱容量を参照することで、各部の温度上昇ΔＴｉを取得する。例えば、各部の熱容量を例えばルックアップテーブル（ＬＵＴ）に保持し、ステップＳＴ６２で算出した各部の熱量を、ＬＵＴから参照した各部の熱容量で割ることで、各部の温度Ｔを算出する。そして、算出した各部の所定時間における温度Ｔの差分から、各部の温度上昇を算出する。
【０１３２】
ステップＳＴ６６で、各部の温度上昇ΔＴｉを参照し、各部の冷却駆動値を取得する。つまり、各部では、光送信部１４の温度変化に応じて、温度が急激に上昇している場合や緩やかに上昇している場合があるので、これらの状況を考慮して各部の冷却駆動値を算出する。冷却駆動値は、例えば光送信部１４の温度上昇ΔＴｉに対応付けられて、ルックアップテーブルに保持される。
【０１３３】
ステップＳＴ６８で、各部の冷却制御部３２，９２に冷却駆動値を通知する。冷却制御部３２，９２は、冷却駆動値に基づいて冷却部３０，９０を駆動させる。
【０１３４】
＜第４の実施の形態の第１の詳細例＞
次に、上述した各Ｓ／Ｎ劣化要因部(1)〜(4)象を、固体撮像素子１０の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９とした場合について説明する（図４３参照）。なお、上述した第１〜第３の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｄと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１３５】
固体撮像素子１０の光送信部１４が発熱した場合、発生した熱は、光送信部１４自体の他に、光送信部１４の周辺に配置された画素部１２やカラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８、配線伝送部１９等の各部に対しても伝播されて悪影響を与える。そのため、この例では、光送信部１４以外の画素部１２等の各部に対しても冷却を行う。各部の冷却を行う際には、各部で生じる熱雑音が出力画像信号の劣化に与える影響の度合いに応じて、どの箇所をどの程度冷却するかを決定して冷却を行う。
【０１３６】
図３６は、本発明の第４の実施の形態の第１の詳細例に係る光通信システム１００Ｅの構成を示すブロック図である。光通信システム１００Ｅは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、光送信部１４と平均発光レベル検出部２０と冷却制御部３２と冷却部３０ａ〜３０ｅと冷却の制御対象となる画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。なお、本例では、平均発光レベル検出部２０を用いた例を説明するが、平均発光レベル検出部２０に代えて上述した温度検出部２２を適用しても良い。
【０１３７】
固体撮像素子１０側の冷却部３０ａは、画素部１２の近傍または画素部１２に接触して配置される。同様に、冷却部３０ｂはカラムＣＤＳ部１３の近傍またはカラムＣＤＳ部１３に接触して配置され、冷却部３０ｃはＡ／Ｄ変換部１８の近傍またはＡ／Ｄ変換部１８に接触して配置され、冷却部３０ｄは配線伝送部１９の近傍または配線伝送部１９に接触して配置される。冷却部３０ｅは、光送信部１４の近傍または光送信部１４に接触して配置される。冷却部３０ａ〜３０ｅのそれぞれは冷却制御部３２に接続され、冷却制御部３２から供給される冷却駆動値に基づいて画素部１２等の各部の冷却を行う。
【０１３８】
処理部５０側の冷却部９０は、例えば固体撮像素子１０側の画素部１２等を冷却したり処理部５０側の光受信部５２を冷却したりする。冷却部９０は冷却制御部９２に接続され、冷却制御部９２から供給される冷却駆動値に基づいて画素部１２等の各部の冷却を行う。
【０１３９】
ここで、光送信部１４での発熱と、上記画素部１２等の各部との依存関係について説明する。図３７は、光送信部１４での発熱と各部との依存関係を説明するための図である。光送信部１４からの熱は、各熱伝播関数(1)〜(4)に基づいて画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８、配線伝送部１９等の各部に伝播される。
【０１４０】
熱伝播関数は、光送信部１４から発生する熱が画素部１２等の各部へ伝播される熱量を表す指標である。熱量は周辺熱情報の一例を構成する。熱伝播関数は、前述および図３８に示すように、光送信部１４の温度パラメータＴopおよび温度変化パラメータΔＴopの入力に基づいてルックアップテーブルを参照することで、画素部１２等の各部の温度パラメータＴiを出力する。
【０１４１】
次に、発熱抑制指示部８０について説明する。図３９は、発熱抑制指示部８０の詳細な構成例を示すブロック図である。この例では、ルックアップテーブルを参照することで各部の温度を取得すると共に冷却駆動値を取得する。発熱抑制指示部８０は、各部温度取得部８０３とＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４と各部冷却駆動値算出部８０５とＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６とＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７と各部冷却駆動値取得部８０８と有している。なお、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６およびＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７は図３０で示した発熱抑制指示部８０の値参照部８０１に対応し、各部冷却駆動値取得部８０８は図３０で示した発熱抑制指示部８０の通知部８０２に対応している。
【０１４２】
図４０（Ａ）はＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４の構成の一例を示す図である。ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４は、第１の記憶部の一例であり、画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９の温度を推定する際に参照されるものである。ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４には、画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれの推定温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔが光送信部１４の温度Ｔおよび温度変化ΔＴに対応付けられて記憶されている。なお、画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれの推定温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔは、周辺熱情報の一例を構成する。
【０１４３】
図４０（Ｂ）は画素部１２のＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６の構成の一例を示す図である。ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６は各部の冷却駆動値を決定する際に参照されるものであり、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６には画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれの許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘが記憶されている。許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘとは、温度Ｔbaseで発生するノイズＮbaseに対して、異なる温度Ｔで発生するノイズを一定比Ｍmax[ｄＢ]以内の増大に抑えることができる許容温度である。本例では画素部１２についてのみ示すが、他のカラムＣＤＳ部１３等についても同様の構成を有する。
【０１４４】
図４０（Ｃ）は画素部１２のＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の構成の一例を示す図である。ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７は、第２の記憶部の一例であり、画素部１２等の各部の冷却駆動値を決定する際に参照されるものである。ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７には、各部の温度Ｔｐおよび温度変化ΔＴｐと各部の冷却の度合い（例えば冷却駆動値）が対応付けられて記憶される。本例では画素部１２についてのみ示すが、他のカラムＣＤＳ部１３等についても同様の構成を有する。
【０１４５】
続けて、発熱抑制指示部８０の動作について説明する。図４１は、発熱抑制指示部８０の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ７０で各部温度取得部８０３は、光送信部発熱判断部６０から光送信部１４の温度Ｔ、温度変化ΔＴを取得する。温度変化ΔＴは、例えば取得した単位時間毎の温度Ｔから算出する。
【０１４６】
ステップＳ７２で各部温度取得部８０３は、光送信部１４の温度Ｔを利用してＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４を参照することで画素部１２等の各部の温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔを取得する。ここで、各部冷却駆動値算出部８０５は、後述するように、各部の温度Ｔや温度上昇ΔＴを利用し、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを参照することで、最適な冷却駆動値を算出する。
【０１４７】
ステップＳ７４で各部冷却駆動値取得部８０８は、取得した各部の温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔから各部の温度変化ΔＴｐ，ΔＴｃ，ΔＴａ，ΔＴｔを算出する。各部の温度変化ΔＴｐ，ΔＴｃ，ΔＴａ，ΔＴｔは、例えば光送信部発熱判断部６０から時間ｔと時間（ｔ−１）における温度を取得することで算出できる。そして、各部の温度Ｔｐ，Ｔｃ，Ｔａ，Ｔｔ、温度変化ΔＴｐ，ΔＴｃ，ΔＴａ，ΔＴｔを利用し、ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７を参照することで冷却駆動値を取得する。
【０１４８】
ステップＳ７６で各部冷却駆動値取得部８０８は、取得した冷却駆動値を、画素部１２等の各部の冷却制御部３２，９２に設定する。これにより、各部の温度Ｔや温度上昇ΔＴを考慮して、各部を冷却するための最適な駆動電圧値を取得することができる。
【０１４９】
（ＬＵＴ＿ＣＴＭＰの作成方法）
次に、上述したＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４の作成方法について説明する。図４２（Ａ）は光送信部１４、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の温度変化を示すグラフである。縦軸は各部の温度を示し、横軸は時間を示す。図４２（Ｂ）は光送信部１４、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８は温度変化量（率）を示すグラフである。縦軸は各部の温度変化量を示し、横軸は時間を示す。
【０１５０】
光送信部１４、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８のそれぞれは駆動動作により発熱する。光送信部１４の発熱により、上述した熱伝播関数に基づいて画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の温度上昇が引き起こされる。また、光送信部１４の発熱の温度変化によっても、各部の温度の上昇傾向は変化する。例えば、光送信部１４が同じ温度であっても、光送信部１４の発熱が飽和している場合（時間ｔ２）と、発熱している最中（時間ｔ１）とでは各部の温度は異なることになる。
【０１５１】
そこで、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４を作成する際には、光送信部１４の温度Ｔおよび温度変化ΔＴに関連付けて画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の温度Ｔを記憶する。光送信部１４の温度Ｔや画素部１２等の各部の温度Ｔは実測により取得しても良いし、光送信部１４の温度Ｔを利用して上述した熱伝播関数で演算することで各部の温度Ｔを取得しても良い。これにより、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４を参照することで、画素部１２およびＡ／Ｄ変換部１８の正確な温度を推定することができる。また、ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ８０４の作成する際には、実測により複数の代表点において、各部の温度を測定し、代表点での値を利用して、代表点の間を補間するようにして各部の温度を算出することもできる。代表点の間を補間する際には、上述した関数系の熱伝播関数を利用して算出することもできる。
【０１５２】
（ＬＵＴ＿ＴＴＭＰの作成方法）
次に、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６の作成方法について説明する。図４３は、固体撮像素子１０の構成例を示す図である。以下では、図４３に示すように、光送信部１４の発熱が影響する画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９に分けて説明する。
【０１５３】
（１）画素部１２について
光送信部１４からの発熱は、画素部１２に対して２つの悪影響を与えることが知られている。１つは（ｉ）暗電流の増加であり、もう１つは（ｉｉ）ＦＤ（電荷増幅部）アンプのノイズの増加である。
【０１５４】
（ｉ）暗電流
暗電流とは、フォトダイオードの中で光による光電変換以外に熱的に発生する電子・正孔による電流である。エネルギ・バンドの中ほどに位置する再生再結合からの暗電流は、Shockley-Read-hallモデルによると、温度が１０℃上昇する毎に約２倍に増加することが分かっている。このShockley-Read-hallモデルにより、温度Ｔbaseに対してΔＴだけ温度変化した場合の温度Ｔの暗電流Ｉdarkは下記式（１０）で与えられる。
【０１５５】
【数１０】
ここで、Ｉdark_thは温度Ｔbaseにおける暗電流である。
【０１５６】
許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、上記式（１０）の暗電流Ｉdark_thに対して、発生する暗電流がＸｍａｘ［ｄＢ］まで増大する温度として決定される。許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは下記式（１１）で与えられる。
【０１５７】
【数１１】
【０１５８】
このようにして、暗電流ＩdarkをＸｍａｘ［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出できる。算出した画素部１２の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０１５９】
（ｉｉ）ＦＤアンプ
固体撮像素子１０から光信号が得られる回路では必ずノイズが発生する。画素部１２で光電変換されてＦＤアンプから出力される光信号の電圧は大きい方が、Ｓ／Ｎ比が高く取れるので、ＦＤアンプでの変換効率が撮像の感度に重要となる。
【０１６０】
ＦＤアンプでは以下の式（１２）で記述される熱雑音が発生する。例えばＭＯＳトランジスタのチャネル抵抗等により熱雑音が発生する。そのため、増幅後の電圧にノイズが入ってしまう。
【０１６１】
【数１２】
【０１６２】
ここで、Ｖｎは単位帯域幅あたりの熱雑音電圧であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度である。
【０１６３】
図４４は、ＦＤアンプに生じる熱雑音スペクトルを示すグラフである。縦軸はＦＤアンプの温度Ｔにおける平均２乗熱雑音電圧値であり、横軸はＦＤアンプの動作周波数である。
【０１６４】
ＦＤアンプの温度が温度Ｔbaseから温度Ｔに上昇した場合、ＦＤアンプの動作周波数がｆopだとすると、（Ｖ−Ｖbase）×ｆopの面積分だけ（網掛領域）ノイズが増加したと考えることができる。
ここで、上記（１２）式を下記式（１３）で定義する。
【０１６５】
【数１３】
【０１６６】
Ａは比例定数である。このように上記式（１３）を定義したとき、温度Ｔbaseでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎbaseは下記式（１４）で与えられる。
【０１６７】
【数１４】
【０１６８】
温度Ｔでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎは下記式（１５）で与えられる。
【０１６９】
【数１５】
【０１７０】
ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、発生する熱雑音スペクトルＮ（面積）が、温度Ｔbase時に発生する熱雑音スペクトルＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増加するときの温度として決定される。ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、下記式（１６）で与えられる。
【０１７１】
【数１６】
【０１７２】
このようにして、ＦＤアンプにおける総熱雑音をＸmax［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出することができる。算出したＦＤアンプの許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。なお、画素部１２では、暗電流およびＦＤアンプに応じた許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘが得られるので、両方の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを考慮して冷却駆動値を算出しても良いし、何れか一方の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを用いて冷却駆動値を算出しても良い。
【０１７３】
（２）カラムＣＤＳ部１３について
アナログ入力を電圧-電荷変換する場合ＫＣＴ（リセット）ノイズが発生する。光送信部１４で発生した熱が、サンプリング回路の容量に接続された導線、スイッチなどのもつ抵抗の熱雑音に加わり、キャパシタで電圧をサンプリングする際に熱雑音をそのままサンプリングしてしまう。熱雑音は下記の式（１７）で与えられる。
【０１７４】
【数１７】
ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｃは容量である。
【０１７５】
ここで、カラムＣＤＳ部１３の温度Ｔbase時のｋＴＣノイズをＮbaseとし、温度Ｔ時におけるｋＴＣノイズをＮとしたとき、許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、
【０１７６】
ＮがＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増大するときの温度として決定される。許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘは以下の式（１８）で与えられる。
【０１７７】
【数１８】
【０１７８】
このようにして、カラムＣＤＳ部１３のｋＴＣノイズをＸｍａｘ［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出できる。算出したカラムＣＤＳ部１３の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０１７９】
（３）Ａ／Ｄ変換部１８について
光送信部１４で発生した熱の影響で、Ａ／Ｄ変換部１８の内部雑音（熱雑音）が増加し、Ｓ／Ｎ比が劣化する。また、光送信部１４で発生した熱の影響で、電圧のサンプリング時にｋＴＣのノイズが増加する。熱雑音は下記の式（１９）で与えられる。
【０１８０】
【数１９】
Ｖｎは単位帯域幅あたりの熱雑音電圧であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度である。
【０１８１】
またＫＴＣノイズは下記式（２０）で与えられる。
【０１８２】
【数２０】
ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｃは容量である。
【０１８３】
ここで、上述した図４４を参照しつつ、熱雑音に着目し、Ａ／Ｄ変換部１８の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出する方法について説明する。
【０１８４】
Ａ／Ｄ変換部１８の温度が温度Ｔbaseから温度Ｔに上昇した場合、Ａ／Ｄ変換部１８の動作周波数がｆopだとすると、（Ｖ−Ｖbase）×ｆopの面積分だけ（網掛領域）ノイズが増加したと考えることができる。
ここで、上記式（１９）を下記式（２１）で定義する。
【０１８５】
【数２１】
【０１８６】
Ａは比例定数である。このように上記式（２１）を定義したとき、温度Ｔbaseでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎbaseは下記式（２２）で与えられる。
【０１８７】
【数２２】
【０１８８】
温度Ｔでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎは下記式（２３）で与えられる。
【０１８９】
【数２３】
【０１９０】
ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、発生する熱雑音スペクトルＮ（面積）が、温度Ｔbase時に発生する熱雑音スペクトルＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増加するときの温度として決定される。ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、下記式（２４）で与えられる。
【０１９１】
【数２４】
【０１９２】
このようにして、Ａ／Ｄ変換部１８における総熱雑音をＸmax［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出することができる。算出したＡ／Ｄ変換部１８の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０１９３】
（３）配線伝送部１９について
光送信部１４で熱が発生すると、上述した画素部１２等の処理ブロック以外の、配線経路においてもノイズの影響が大きくなる。例えば、導線の抵抗の熱雑音等に影響を与える。導線の抵抗の熱雑音は下記の式（２５）で与えられる。
【０１９４】
【数２５】
なお、ｋはボルツマン定数であり、Ｒは抵抗値であり、Ｔは絶対温度である。
【０１９５】
ここで、上述した図４４を参照しつつ、配線伝送部１９の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出する方法について説明する。
【０１９６】
配線伝送部１９の温度が温度Ｔbaseから温度Ｔに上昇した場合、配線伝送部１９の動作周波数がｆopだとすると、（Ｖ−Ｖbase）×ｆopの面積分だけ（網掛領域）ノイズが増加したと考えることができる。
ここで、上記（２５）式を下記式（２６）で定義する。
【０１９７】
【数２６】
【０１９８】
Ａは比例定数である。このように上記式（２６）を定義したとき、温度Ｔbaseでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎbaseは下記式（２７）で与えられる。
【０１９９】
【数２７】
【０２００】
温度Ｔでの熱雑音スペクトル（面積）Ｎは下記式（２８）で与えられる。
【０２０１】
【数２８】
【０２０２】
ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、発生する熱雑音スペクトルＮ（面積）が、温度Ｔbase時に発生する熱雑音スペクトルＮbaseに比べＸｍａｘ［ｄＢ］まで増加するときの温度として決定される。ＴＴＭＰ＿ｍａｘは、下記式（２９）で与えられる。
【０２０３】
【数２９】
【０２０４】
このようにして、配線伝送部１９における総熱雑音をＸmax［ｄＢ］以下に抑えるための許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘを算出することができる。算出した配線伝送部１９の許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘはＬＵＴ＿ＴＴＭＰ８０６に保持される。
【０２０５】
（ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の作成方法）
次に、ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の作成方法について説明する。図４５（Ａ）は画素部１２の温度の時間変化を示すグラフである。縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図４５（Ｂ）は画素部１２の温度変化を示すグラフである。縦軸は温度変化を示し、横軸は時間を示す。図４５（Ｃ）は画素部１２を冷却する際の冷却駆動値の時間変化を示すグラフである。縦軸は冷却駆動値示し、横軸は時間を示す。
【０２０６】
ＬＵＴ＿ＤＲＶ８０７の作成では、まず、画素部１２の温度を実測により検出し、検出した温度から画素部１２の温度変化を算出する。そして、画素部１２の温度および温度変化を考慮して、画素部１２の冷却駆動電圧値を算出する。これは、画素部１２が急激に温度上昇した場合、画素部１２の動作に著しい劣化を引き起こす可能性があるからである。
【０２０７】
そのため、画素部１２の温度が同じであっても、緩やかに温度上昇している場合と、急激に温度上昇している場合とでは冷却の制御（冷却駆動電圧値）は異なる。例えば、時間ｔ０時のように画素部１２の温度上昇が急激な場合には、冷却の度合いが高くなるように冷却駆動電圧を大きく設定すると共に、急激な温度変化に対応すべく冷却駆動電圧をパルス的な立ち上がりを有するように設定する。このとき駆動電圧は、上述した画素部１２の温度が上述した許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘに到達しないような大きさに設定される。
【０２０８】
一方、画素部１２の温度上昇が緩やかである場合には、冷却駆動電圧を許容温度ＴＴＭＰ＿ｍａｘに到達しない範囲において設定し、上昇した温度値に対応した冷却駆動電圧に設定される。また、温度変化が緩やかであるので比較的長い時間、冷却部に冷却駆動電圧が供給するように設定する。このようにして算出した冷却駆動電圧値Ｄrvを、画素部１２の温度および温度変化に対応付けてＬＵＴ＿ＴＴＭＰに保持する。なお、この冷却駆動電圧値の設定動作は、上述した関数系の熱伝播関数により求めた冷却駆動値に対しても適用することができる。
【０２０９】
また、光送信部１４の発熱により、各部の温度上昇が引き起こされるので、各部の温度変化の代わりとして光送信部１４の温度変化を利用することも可能である。または、各部の温度変化と、光送信部１４の温度変化を使用してＬＵＴ＿ＤＲＶを作成するようにしても良い。この場合には、光送信部１４の温度および温度上昇を実測により測定し、測定した光送信部１４の温度等のパラメータを上述した熱伝播関数を用いて算出することにより、光送信部１４の周辺に位置する画素部１２の温度を推定することもできる。
【０２１０】
＜第４の実施の形態の第２の詳細例＞
次に、本発明の第４の実施の形態の第２の詳細例に係る光通信システム１００Ｆについて説明する。本実施の形態では、固体撮像素子１０側の画素部１２等の各部を冷却するための冷却部９０ａ〜９０ｄを処理部５０側に設ける点において上記第４の実施の形態の第１の詳細例と異なる。なお、上述した第１〜第４の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｅと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２１１】
図４６は、光通信システム１００Ｆの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｆは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、光送信部１４と平均発光レベル検出部２０と冷却制御部３２と冷却部３０と画素部１２とカラムＣＤＳ部１３とＡ／Ｄ変換部１８と配線伝送部１９とを有している。処理部５０は、光受信部５２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。
【０２１２】
処理部５０の発熱抑制指示部８０は、光送信部１４が発熱したと判断されると、光送信部１４やその周辺の画素部１２等の各部を冷却するための冷却駆動値を冷却制御部３２，９２に供給する。冷却制御部９２では、冷却駆動値に基づく駆動信号を生成して冷却部９０ａ〜９０ｄに供給する。冷却部９０ａ〜９０ｄは、固体撮像素子１０側の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９のそれぞれに対応して設けられ、冷却制御部９２からの駆動信号に基づいて駆動する。このようにして、処理部５０側から、固体撮像素子１０側の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９を冷却する。
【０２１３】
次に、上述した冷却制御部３２，９２および冷却部３０，９０の構成について説明する。図４７は、冷却制御部３２，９２および冷却部３０，９０の構成例を示すブロック図である。冷却制御部９２は、判断部９２１と冷却対象特性取得部９２２と冷却範囲設定部９２３と冷却量設定部９２４と冷却時間設定部９２５と吸収熱放出部９２６とを有している。
【０２１４】
判断部９２１には、発熱抑制指示部８０から冷却駆動値が入力される。冷却駆動値は、上述した例では冷却量を設定する冷却駆動電圧としたが、この冷却駆動電圧の他に、冷却範囲、冷却時間等の情報を含んでいる。判断部９２１は、発熱抑制指示部８０から供給される冷却駆動値を用いて、冷却対象特性取得部９２２から冷却対象の特性情報を参照することにより、冷却範囲や冷却量、冷却時間等を判断する。
【０２１５】
冷却範囲設定部９２３は、判断部９２１から供給される冷却駆動値に基づいて冷却範囲を設定し、冷却対象となる全てまたは一部の画素部１２等の各部の冷却を行う。冷却量設定部９２４は、判断部９２１から供給される冷却駆動値に基づいて冷却量を設定し、冷却部９０に設定した冷却量に基づく冷却駆動電圧を印加する。冷却時間設定部９２５は、判断部９２１から供給される冷却駆動値に基づいて冷却対象物の冷却時間を設定し、設定した冷却時間だけ冷却が行われるように冷却部９０を制御する。なお、冷却範囲設定部９２３等は、冷却制御部３２，９２に設けても良いし、冷却部３０，９０に設けても良い。
【０２１６】
吸収熱放出部９２６は、固体撮像素子１０や処理部５０の各部の放出される熱を吸収し、吸収した熱を外部に放出する。これにより、固体撮像素子１０や処理部５０の各部の発熱を抑えることができる。
【０２１７】
＜第４の実施の形態の第３の詳細例＞
次に、本発明の第４の実施の形態の第３の詳細例に係る光通信システム１００Ｇについて説明する。なお、上述した第１〜第４の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｆと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２１８】
図４８は、光通信システム１００Ｇの構成例を示すブロック図である。処理部５０は、固体撮像素子１０側の画素部１２等の各部を冷却するための冷却部９０を備えている。冷却部９０は、１個で構成され、冷却制御部９２から供給される冷却駆動電圧により駆動し、固体撮像素子１０側の画素部１２等の各部を冷却する。この冷却部９０は、固体撮像素子１０側の光送信部１４やこの発熱の影響を受ける各部の全てを冷却することもできるし、特定の各部のみを冷却することもできる。
【０２１９】
次に、上述した冷却部３０，９０の具体的な構成例について説明する。冷却部３０，９０は、処理部５０側から固体撮像素子１０内の画素部１２、カラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８および配線伝送部１９を冷却するものと（図４８参照）、固体撮像素子１０内において画素部１２の各部を冷却するものとに分けられる（図３６参照）。
【０２２０】
処理部５０側から固体撮像素子１０を冷却するものとしては、例えば風冷式のファンや空冷式の乾燥空気の放射等が挙げられる。固体撮像素子１０内から冷却するものとしては、例えば駆動式のペルチェ素子や液冷式の水の循環等が挙げられる。また、固体撮像素子１０内に自然冷却の構造を有したヒートシンク、ヒートパイプ等を設置しても良い。冷却部３０，９０を制御する冷却制御部３２，９２、冷却部３０，９０を駆動する駆動部、冷却部３０，９０に電力を供給する電力供給部は固体撮像素子１０側、処理部５０側のいずれに設けることもできる。なお、以下の説明では、冷却制御部３２，９２、駆動部および電力供給部を便宜上、制御部９２０と呼ぶ。
【０２２１】
図４９は、固体撮像素子１０側に冷却部３０を設け、冷却部３０としてペルチェ素子３００ａ〜３００ｄを用いた例を示す図である。ペルチェ素子３００ａ〜３００ｄは、冷却対象となる冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれに接触または近傍に配置される。ペルチェ素子３００ａ〜３００ｄのそれぞれには制御部９２０が接続され、制御部９２０から供給される駆動信号および電力により駆動される。これにより、ペルチェ素子３００ａ〜３００ｄは、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの熱を吸熱して冷却する。なお、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、上述した画素部１２やカラムＣＤＳ部１３、Ａ／Ｄ変換部１８、配線伝送部１９等を配置しても良い。
【０２２２】
図５０は、固体撮像素子１０側に冷却部３０を設け、冷却部３０を水路３０２とバルブ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃにより構成した例を示す図である。冷却部３０は、複数の水路３０２と、水路３０２中に設けられた水路を流れる水の流れを制御するバルブ３０３３０３ａ〜３０３ｃとから構成されている。複数の水路３０２は、水や不凍液などの液体が内部を流れる管体からなり、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの近傍または冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃ上を通過するように分岐して配置されている。バルブ３０３ａ〜３０３ｃのそれぞれは制御部９２０に接続され、制御部９２０から供給される制御信号や電力等により開閉動作が制御される。また冷却箇所、冷却温度に応じて水路３０２に流す水量を調整することもできる。
【０２２３】
図５１は、バルブ３０３ａ〜３０３ｃの開閉制御の一例を示す図である。図５１に示すように、冷却箇所Ａの冷却を行う場合、制御部９２０は、バルブ３０３ａを開くための制御信号、電力、駆動信号をバルブ３０３ａに供給する。これにより、バルブ３０３ａは開き（オン）、バルブ３０３ｂおよびバルブ３０３ｃは閉じた状態（オフ）となり、水路３０２ａに流量Ｖａの液体が流れる。その結果、水路３０２ａ内部を流れる流量Ｖａの液体によって冷却箇所Ａが冷却される。
【０２２４】
冷却箇所Ｂの冷却を行う場合、制御部９２０は、バルブ３０３ｂを開くための制御信号等をバルブ３０３ｂに供給する。これにより、バルブ３０３ｂは開き（オン）、バルブ３０３ａおよびバルブ３０３ｃは閉じた状態（オフ）となり、水路３０２ｂに流量Ｖｂの液体が流れる。その結果、水路３０２ｂ内部を流れる流量Ｖｂの液体によって冷却箇所Ｂが冷却される。
【０２２５】
冷却箇所Ｃの冷却を行う場合、制御部９２０は、バルブ３０３ｃを開くための制御信号等をバルブ３０３ｃに供給する。これにより、バルブ３０３ｃは開き（オン）、バルブ３０３ａおよびバルブ３０３ｂは閉じた状態（オフ）となり、水路３０２ｃに流量Ｖｃの液体が流れる。その結果、水路３０２ｃ内部を流れる流量Ｖｃの液体によって冷却箇所Ｃが冷却される。
【０２２６】
図５２は、処理部５０側に冷却部９０を設け、冷却部９０としてペルチェ素子９００を用いた例を示す図である。冷却部９０は、ペルチェ素子９００と駆動アーム９０１とから構成されている。駆動アーム９０１は、その長手方向に伸縮可能であると共に、駆動アーム９０１の基端部が駆動アーム９０１を駆動する制御部９２０に回動可能に連結されている。ペルチェ素子９００は、駆動アーム９０１の先端部に固定して取り付けられ、駆動アーム９０１内部に敷設される制御線により制御部９２０と電気的に接続されている。
【０２２７】
駆動アーム９０１は、その基端部を支点として冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの全てをカバーする範囲で回動し、その先端部のペルチェ素子９００を冷却対象の冷却箇所の位置まで移動させる。ペルチェ素子９００は、制御部９２０から供給された駆動信号等に基づいて駆動し、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの熱を吸熱することで冷却を行う。また、予め各冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃとの距離をメモリに記憶しておき、各冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの距離に応じて駆動アーム９０１を伸縮させることもできる。
【０２２８】
図５３は、処理部５０側に冷却部９０を設け、冷却部９０を空冷銃９０２により構成した例を示す図である。冷却部９０は、乾燥空気空冷銃や冷却ガス空冷銃等の空冷銃９０２により構成されている。空冷銃９０２は、所定の範囲内で可動するように制御部９２０に取り付けられ、各冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃに向けて乾燥空気や冷却ガス等の風Ｗを放出可能になっている。空冷銃９０２は、特定の冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃを冷却するような構成としても良いし、冷却箇所Ａ，Ｂ，Ｃの全体を一度に冷却するような構成としても良い。
【０２２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光送信部１４の発光レベルに基づいて光送信部１４の周囲に配置された画素部１２等の各部の温度を推定することができる。これにより、光送信部１４だけでなく、画素部１２等の各部の冷却も最適化することができる。その結果、光送信部１４の発熱による各部のＳ／Ｎ比の劣化を抑えることができ、画像信号に生じるノイズを低減することができる。
【０２３０】
また、上述したように、冷却対象となる各部が実装される固体撮像素子１０とは異なる処理部５０に冷却部９０を設けた場合には、冷却部９０および冷却制御部９２と固体撮像素子１０との配置関係の制約が緩和され、設計の自由度をより向上させることができる。
【０２３１】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態に係る光通信システム１００Ｈについて説明する。本実施の形態では、処理部５０に光信号の平均受光レベルを検出する平均受光レベル検出部７２を設けている点において上記第１の実施の形態と異なる。なお、上述した第１〜第４の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｇと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２３２】
図５４は、本発明の第５の実施の形態に係る光通信システム１００Ｈの構成例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｈは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と冷却制御部３２と冷却部３０とを有している。処理部５０は、光受信部５２と平均受光レベル検出部７２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。冷却制御部３２、９２および冷却部３０，９０は、固体撮像素子１０および処理部５０の何れか一方だけに設けても良い。
【０２３３】
図５５は、平均受光レベル検出部７２の構成例を示すブロック図である。平均受光レベル検出部７２は、増幅部７２１と積分部７２２と演算部７２３とを有している。増幅部７２１には、光受信部５２で受信された光信号が入力される。増幅部７２１は、後述する積分部７２２から供給されるフィードバック信号に基づいて光信号を増幅して積分部７２２および演算部７２３に供給する。積分部７２２は、増幅部７２１で増幅された光信号を平滑化（安定化）およびノイズ除去して増幅部７２１にフィードバックする。演算部７２３は、増幅部７２１から出力された光信号から平均受光レベルを算出して光送信部発熱判断部６０に供給する。増幅、積分および演算処理では、上述した平均発光レベル検出部２０で説明した処理と同様の処理が行われる（図３〜図８参照）。
【０２３４】
図５６は平均受光レベル検出部７２の他の構成例を示す図であり、図５６（Ａ）は平均受光レベル検出部７２に用いられる受光部の構成であり、図５６（Ｂ）は光受信部５２に用いられる受光部の構成を示す図である。
【０２３５】
平均受光レベル検出部７２には、受光素子面積が大きく、かつ、応答速度の遅いモニタＰＤを利用することもできる。つまり、通信に使用される光受信部５２の受光部とは別に、モニタＰＤを配置することで、光受信部５２で受光した平均受光レベルを取得することが可能になる。
【０２３６】
図５７は、光通信システム１００Ｈの動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ８０で光送信部発熱判断部６０は、平均受光レベル検出部７２から光送信部１４から送信される光信号の平均受光レベルを取得する。ステップＳＴ８２で光送信部発熱判断部６０は、取得した平均受光レベルから光送信部１４の発熱を判断し、判断結果を発熱抑制指示部８０に通知する。
【０２３７】
ステップＳＴ８４で発熱抑制指示部８０は、光送信部発熱判断部６０から供給される判断結果に基づいて各部を冷却するための冷却駆動値を供給し、冷却制御部９２に冷却部９０を冷却するように指示する。冷却駆動値は、上述したようなルックアップテーブルを参照することで取得できる。ステップＳＴ８６で冷却制御部９２は、発熱抑制指示部８０からの指示（冷却駆動値）に基づいて冷却部９０の駆動を行う。これにより、発熱が確認された光送信部１４等を冷却することができる。
【０２３８】
＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態に係る光通信システム１００Ｉについて説明する。本実施の形態では、上記第５の実施の形態の平均受光レベル検出部７２に加え、さらに光出力比較部４０を設けている点において上記第５の実施の形態と異なる。なお、上述した第１〜第５の実施の形態の光通信システム１００Ａ〜１００Ｈと共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２３９】
図５８は、本発明の第６の実施の形態に係る光通信システム１００Ｉの構成の一例を示すブロック図である。光通信システム１００Ｉは、固体撮像素子１０と処理部５０とを備えている。固体撮像素子１０は、画素部１２と光送信部１４と光出力比較部４０と冷却制御部３２と冷却部３０とを有している。処理部５０は、光受信部５２と平均受光レベル検出部７２と光送信部発熱判断部６０と発熱抑制指示部８０と冷却制御部９２と冷却部９０とを有している。
【０２４０】
図５９は、光出力比較部４０の構成を示すブロック図である。光出力比較部４０は、受光部４０１と比較部４０２と基準値保持部４０３と基準値設定部４０４と値参照部４０５と有している。受光部４０１は、例えばモニタＰＤから構成され、光送信部１４から出力される光信号を検出し、検出した光信号に応じた光モニタ電流を電圧Ｖ（ｔ）に変換する。変換された電圧Ｖ（ｔ）は比較部４０２に出力される。
【０２４１】
値参照部４０５は、例えば、光送信部１４を構成する発光部の駆動に必要なパラメータである、変調電流量およびバイアス電流量等が保持されるルックアップテーブルを有する。変調電流量およびバイアス電流量等のパラメータは、光送信部１４（発光部）の駆動に合わせて所定時間毎に逐次更新される。
【０２４２】
基準値設定部４０４は、値参照部４０５のルックアップテーブルから変調電流量およびバイアス電流量を参照し、基準電圧値Ｖrefを算出して基準値保持部４０３に供給する。基準電圧値Ｖrefは、光送信部１４の駆動に応じてルックアップテーブルに保持される変調電流等から算出される、許容最高温度時に光送信部１４から想定される光出力（光モニタ電流）に応じたものである。基準値保持部４０３は、基準値設定部４０４から供給された基準電圧値Ｖrefを保持する。
【０２４３】
比較部４０２は、所定時間ｔ毎に受光部４０１から電圧Ｖ（ｔ）を取得すると共に、基準値保持部４０３から基準電圧値Ｖrefを取得し、電圧Ｖ（ｔ）と基準電圧値Ｖrefとを比較し、比較結果を処理部５０側の光送信部発熱判断部６０に供給する。
【０２４４】
図６０は、光通信システム１００の光出力比較部４０の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳＴ９０で比較部４０２は、動作時の光送信部１４の光出力に応じた光モニタ電流を変換した電圧Ｖ（ｔ）を取得すると共に、基準値保持部４０３から電圧Ｖ（ｔ）に対応した基準電圧値Ｖrefを取得する。
【０２４５】
ステップＳＴ９２で比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）と基準電圧値Ｖrefとを比較する。比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも大きいと判断した場合にはステップＳＴ９４に進み、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも小さいと判断した場合にはステップＳＴ９６に進む。ステップＳＴ９４で比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも大きい場合には、ローレベルに対応した電圧レベルを生成して光送信部発熱判断部６０に出力してステップＳＴ９８に進む。ステップＳＴ９８で比較部４０２は、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ９０に戻る。ステップＳＴ９０では、時間（ｔ＋１）における電圧Ｖ（ｔ＋１）が取得される。
【０２４６】
一方、ステップＳＴ９６で比較部４０２は、電圧Ｖ（ｔ）が基準電圧値Ｖrefよりも小さい場合には、ハイレベルに対応した電圧レベルを生成して光送信部発熱判断部６０に出力する。ステップＳＴ９８で比較部４０２は、時間ｔをインクリメントしてステップＳＴ９０に戻り、ステップＳＴ９０では時間（ｔ＋１）における電圧Ｖ（ｔ＋１）が取得される。このような一連の動作が繰り返され、得られた電圧レベルが光送信部発熱判断部６０に供給される。光送信部発熱判断部６０では、光出力比較部４０から供給される電圧レベルに応じた出力値（ハイレベルまたはローレベル）に基づいて光送信部１４の発熱の可否を判断する。
【０２４７】
図６１は、光送信部発熱判断部６０に入力される光出力比較部４０の出力値の時間変化の一例を示すグラフである。縦軸は光出力比較部４０により検出された光信号の電圧値を示し、横軸は時間を示す。グラフ中の点線は、光送信部１４の発熱を判断するための閾値電圧値Ｖthである。
【０２４８】
上述した光出力比較部４０の判断動作により、出力時間ｔの経過前まではローレベルの出力値が光出力比較部４０から供給され、出力値が閾値電圧値Ｖth未満で推移している。時間ｔｘを過ぎるとハイレベルの出力値が光出力比較部４０から供給され、出力値が閾値電圧値Ｖthを超えた状態で推移している。光送信部発熱判断部６０は、光信号の電圧Ｖ（ｔ）が閾値電圧値Ｖthを越えたときをトリガーとして、光送信部１４が発熱していると判断する。
【０２４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、平均受光レベル検出部７２により光送信部１４から出力された光信号の平均受光レベルを算出するので、算出した平均受光レベルの変化に基づいて光送信部１４が発熱したかを判断することができる。これにより、発熱源を正確に特定することができ、例えば光送信部１４に対して冷却処理を行う場合には、光送信部１４の発熱に応じた最適な冷却処理を行うことができる。
【０２５０】
また本実施の形態では、上述した平均発光レベルや光波形歪に加え、上述した光出力比較部４０からの出力を利用することで、光送信部１４における発熱検出の精度を向上させることができる。なお、光出力比較部４０からの出力値にのみ光送信部１４の発熱を判断することもできる。
【０２５１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述した実施の形態では、光送信部発熱判断部６０および発熱抑制指示部８０を処理部５０側に設けたが、固体撮像素子１０側に光送信部発熱判断部６０および発熱抑制指示部８０を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図２】平均発光レベル検出部の構成例を示すブロック図である。
【図３】増幅部で増幅された光信号の周波数特性を示す図である。
【図４】他の平均発光レベル検出部の構成例を示す図である。
【図５】増幅部で増幅処理された光信号の出力波形を示すグラフである。
【図６】演算部の第１の構成例を示すブロック図である。
【図７】演算部の第２の構成例を示すブロック図である。
【図８】演算部の第３の構成例を示すブロック図である。
【図９】半導体レーザの温度上昇と半導体レーザの動作の関係を説明するための図である。
【図１０】光送信部発熱判断部の構成例を示すブロック図である。
【図１１】光送信部の駆動電流と光出力の関係の一例を示す図である。
【図１２】光送信部発熱判断部の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図１３】光送信部発熱判断部に入力される平均発光レベルの時間変化を示す図である。
【図１４】光送信部発熱判断部の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図１６】光波形歪検出部の構成例を示すブロック図である。
【図１７】入力駆動信号の入力駆動波形と光送信部からの光出力波形とを比較した図である（第１の歪度算出方法）。
【図１８】光送信部で観測した光出力波形および入力駆動波形のモニタ表示例である。
【図１９】入力駆動信号の入力駆動波形と光送信部からの光出力波形とを比較した図である（第２の歪度算出方法）。
【図２０】入力駆動信号の入力駆動波形と光送信部からの光出力波形とを比較した図である。
【図２１】波形歪度と光送信部の温度と対応付けて保持する値参照部の構成例である。
【図２２】第３の歪度算出方法の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２３】光送信部発熱判断部に入力される平均発光レベルの時間変化を示す図である。
【図２４】光送信部発熱判断部の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図２６】光送信部発熱判断部の第１の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２７】光送信部発熱判断部に入力される光送信部の温度の時間変化を示す図である。
【図２８】光送信部発熱判断部の第２の判断動作の一例を示すフローチャートである。
【図２９】本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図３０】発熱抑制指示部の構成例を示すブロック図である。
【図３１】光通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３２】光送信部の熱の及ぼす要因を説明するための図である。
【図３３】熱伝播関数の構成例を示すブロック図である。
【図３４】熱伝播関数を説明するための図である。
【図３５】発熱抑制指示部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３６】第４の実施の形態の第１の詳細例に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図３７】光送信部における発熱と各部との依存関係を説明するための図である。
【図３８】熱伝播関数の構成例を示す図である。
【図３９】発熱抑制指示部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図４０】ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ、ＬＵＴ＿ＴＴＭＰおよびＬＵＴ＿ＤＲＶの構成例を示す図である。
【図４１】発熱抑制指示部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４２】光送信部等の各部の温度変化と、その温度変化率を示す図である。
【図４３】光送信部の発熱が影響する画素部等の各部の構成例を示す図である。
【図４４】ＦＤアンプに生じる熱雑音スペクトルを示す図である。
【図４５】画素部の温度の時間変化、温度変化率、および冷却駆動値を示す図である。
【図４６】第３の実施の形態の第２の詳細例に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図４７】冷却制御部および冷却部の構成例を示すブロック図である。
【図４８】第３の実施の形態の第３の詳細例に係る光通信システムの構成例を示す図である。
【図４９】ペルチェ素子により構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５０】水路およびバルブにより冷却部を構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５１】バルブの開閉制御の一例を示す図である。
【図５２】ペルチェ素子により冷却部を構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５３】空冷銃により冷却部を構成した場合の光通信システムの構成例を示す図である。
【図５４】本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図５５】平均受光レベル検出部の構成例を示すブロック図である。
【図５６】平均受光レベル検出部の他の構成例を示す図であり、図
【図５７】光通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図５８】本発明の第５の実施の形態に係る光通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図５９】光出力比較部の構成を示すブロック図である。
【図６０】光出力比較部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６１】光送信部発熱判断部に入力される光出力比較部の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０２５３】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｉ・・・光通信システム、１０・・・固体撮像素子、１２・・・画素部、１４・・・光送信部、２０・・・平均発光レベル検出部、２０１・・・受光部、２０２・・・増幅部、２０３・・・積分部、２０４・・・演算部、２２・・・温度検出部、３０・・・冷却部、３２・・・冷却制御部、５０・・・処理部、５２・・・光受信部、５４・・・制御部、６０・・・光送信部発熱判断部、６０１・・・比較部、６０２・・・演算部、６０３・・・データ保持部、６０４・・・値参照部、７０・・・光波形歪検出部、７２・・・平均受光レベル検出部、７２１・・・増幅部、７２２・・・積分部、７２３・・・演算部、８０・・・発熱抑制指示部、８０１・・・値参照部、８０２・・・通知部、８０３・・・各部温度取得部、８０４・・・ＬＵＴ＿ＣＴＭＰ、８０５・・・各部冷却駆動値算出部、８０６・・・ＬＵＴ＿ＴＴＭＰ、８０７・・・ＬＵＴ＿ＤＲＶ、８０８・・・各部冷却駆動値取得部、９０・・・冷却部、９２・・・冷却制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子に設けられた光送信部から出力される光信号を受信する光受信部と、
前記固体撮像素子から供給される前記光送信部の出力による発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、
前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記固体撮像素子に設けられた光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部と
を備える処理装置。
【請求項２】
前記熱伝播関数は、前記光送信部から発生する熱が前記各部に伝播する熱量を表す指標であり、
前記周辺熱情報は、前記各部に伝播する前記熱量であり、
前記発熱抑制指示部は、
前記温度情報を入力パラメータとして前記熱伝播関数を用いて前記各部に伝播する前記熱量を算出する
請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記発熱抑制指示部は、
前記熱伝播関数により算出した前記各部に伝播する前記熱量と予め設定された前記各部の熱容量とに基づいて前記各部の温度を算出する
請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記発熱抑制指示部は、
算出した前記各部の前記温度から当該各部における温度上昇を算出し、算出した前記温度上昇に応じて前記各部を冷却する際の冷却条件を規定する冷却駆動情報を取得する
請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】
前記冷却駆動情報は、
前記各部の前記温度が、前記各部の雑音を所定の閾値以下に抑えるための前記各部における許容温度に達しないように設定される
請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
前記各部および前記光送信部の少なくとも一方の冷却を行う冷却部と、
前記発熱抑制指示部から供給される前記冷却駆動情報に基づいて前記冷却部の駆動を制御する冷却制御部とをさらに備える
請求項４に記載の処理装置。
【請求項７】
前記熱伝播関数の前記入力パラメータは、
前記各部および前記光送信部の少なくとも一方の熱容量、前記光送信部と前記各部との距離、前記光送信部の周辺の周辺温度、および、前記光送信部と前記各部との間の周辺媒体のうち、少なくとも１以上を前記温度情報に加えて含む
請求項２に記載の処理装置。
【請求項８】
前記熱伝播関数は、
前記光送信部の前記温度情報と前記各部における前記周辺熱情報としての推定温度情報とを対応付けて記憶する第１の記憶部と、
前記各部の前記推定温度情報と当該各部を冷却する際の冷却条件を規定する冷却駆動情報とを対応付けて記憶する第２の記憶部とにより定義される
請求項１に記載の処理装置。
【請求項９】
前記発熱抑制指示部は、
前記発熱判断部から供給される前記温度情報を用いて、前記第１の記憶部から当該温度情報に対応した前記各部の前記推定温度情報を取得する各部温度取得部と、
前記各部温度取得部により取得された前記推定温度情報を用いて、前記第２の記憶部から当該推定温度情報に対応した前記冷却駆動情報を取得する冷却駆動情報取得部とをさらに備える
請求項８に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記第１の記憶部は、
前記各部の温度上昇と、当該各部における前記温度および前記冷却駆動情報とを対応付けて記憶し、
前記冷却駆動情報は、前記温度上昇に応じて設定される
請求項９に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記冷却駆動情報は、
前記各部の温度が、前記各部の雑音を所定の閾値以下に抑えるための前記各部における許容温度に達しないように設定される
請求項９に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記各部および前記光送信部の少なくとも一方の冷却を行う冷却部と、
前記発熱抑制指示部から供給される前記冷却駆動情報に基づいて前記冷却部の駆動を制御する冷却制御部とをさらに備える
請求項８に記載の処理装置。
【請求項１３】
入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、
前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部と、
前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、
前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部と
を備える固体撮像素子。
【請求項１４】
前記発熱情報検出部は、熱センサであり、
前記発熱情報は、前記熱センサにより検出される前記光送信部の温度である
請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、
前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部とを有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記光送信部から出力される前記光信号を受信する光受信部と、
前記固体撮像素子の前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、
前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを有する処理装置と
を備える光通信システム。
【請求項１】
固体撮像素子に設けられた光送信部から出力される光信号を受信する光受信部と、
前記固体撮像素子から供給される前記光送信部の出力による発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、
前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記固体撮像素子に設けられた光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部と
を備える処理装置。
【請求項２】
前記熱伝播関数は、前記光送信部から発生する熱が前記各部に伝播する熱量を表す指標であり、
前記周辺熱情報は、前記各部に伝播する前記熱量であり、
前記発熱抑制指示部は、
前記温度情報を入力パラメータとして前記熱伝播関数を用いて前記各部に伝播する前記熱量を算出する
請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記発熱抑制指示部は、
前記熱伝播関数により算出した前記各部に伝播する前記熱量と予め設定された前記各部の熱容量とに基づいて前記各部の温度を算出する
請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記発熱抑制指示部は、
算出した前記各部の前記温度から当該各部における温度上昇を算出し、算出した前記温度上昇に応じて前記各部を冷却する際の冷却条件を規定する冷却駆動情報を取得する
請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】
前記冷却駆動情報は、
前記各部の前記温度が、前記各部の雑音を所定の閾値以下に抑えるための前記各部における許容温度に達しないように設定される
請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
前記各部および前記光送信部の少なくとも一方の冷却を行う冷却部と、
前記発熱抑制指示部から供給される前記冷却駆動情報に基づいて前記冷却部の駆動を制御する冷却制御部とをさらに備える
請求項４に記載の処理装置。
【請求項７】
前記熱伝播関数の前記入力パラメータは、
前記各部および前記光送信部の少なくとも一方の熱容量、前記光送信部と前記各部との距離、前記光送信部の周辺の周辺温度、および、前記光送信部と前記各部との間の周辺媒体のうち、少なくとも１以上を前記温度情報に加えて含む
請求項２に記載の処理装置。
【請求項８】
前記熱伝播関数は、
前記光送信部の前記温度情報と前記各部における前記周辺熱情報としての推定温度情報とを対応付けて記憶する第１の記憶部と、
前記各部の前記推定温度情報と当該各部を冷却する際の冷却条件を規定する冷却駆動情報とを対応付けて記憶する第２の記憶部とにより定義される
請求項１に記載の処理装置。
【請求項９】
前記発熱抑制指示部は、
前記発熱判断部から供給される前記温度情報を用いて、前記第１の記憶部から当該温度情報に対応した前記各部の前記推定温度情報を取得する各部温度取得部と、
前記各部温度取得部により取得された前記推定温度情報を用いて、前記第２の記憶部から当該推定温度情報に対応した前記冷却駆動情報を取得する冷却駆動情報取得部とをさらに備える
請求項８に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記第１の記憶部は、
前記各部の温度上昇と、当該各部における前記温度および前記冷却駆動情報とを対応付けて記憶し、
前記冷却駆動情報は、前記温度上昇に応じて設定される
請求項９に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記冷却駆動情報は、
前記各部の温度が、前記各部の雑音を所定の閾値以下に抑えるための前記各部における許容温度に達しないように設定される
請求項９に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記各部および前記光送信部の少なくとも一方の冷却を行う冷却部と、
前記発熱抑制指示部から供給される前記冷却駆動情報に基づいて前記冷却部の駆動を制御する冷却制御部とをさらに備える
請求項８に記載の処理装置。
【請求項１３】
入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、
前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部と、
前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、
前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報に基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部と
を備える固体撮像素子。
【請求項１４】
前記発熱情報検出部は、熱センサであり、
前記発熱情報は、前記熱センサにより検出される前記光送信部の温度である
請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
入射する光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部により変換された前記電気信号を光信号に変換して出力する光送信部と、
前記光送信部の出力による発熱情報を検出する発熱情報検出部とを有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記光送信部から出力される前記光信号を受信する光受信部と、
前記固体撮像素子の前記発熱情報検出部から供給される前記発熱情報に基づいて前記光送信部が発熱しているか否かを判断する発熱判断部と、
前記発熱判断部により前記光送信部が発熱したと判断された場合に、前記発熱判断部から供給される前記発熱情報に応じて予め設定された温度情報基づき、前記光送信部で発生した熱の伝播を規定する熱伝播関数を用いて、前記光電変換部を含む各部における周辺熱情報を算出する発熱抑制指示部とを有する処理装置と
を備える光通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図５６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図５６】
【公開番号】特開２０１０−９３７５１（Ｐ２０１０−９３７５１Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６４５８１（Ｐ２００８−２６４５８１）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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