JP2018019241A

JP2018019241A - 撮像装置

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Publication number: JP2018019241A
Application number: JP2016147782A
Authority: JP
Inventors: 西野　弘師; Hiroshi Nishino; 弘師西野; 康夫松宮; Yasuo Matsumiya
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: US10616517B2; JP6702058B2; US20180035065A1

Abstract

【課題】画像の乱れを抑制できる、撮像装置を提供すること。【解決手段】共通のセンサ素子に対して複数の出力系統が設けられたイメージセンサと、前記イメージセンサの出力から画像信号を生成する信号処理部とを備え、前記複数の出力系統は、夫々、トランジスタと、前記トランジスタを介して前記センサ素子に流れる電流に応じた電荷を蓄積する容量と、前記容量の電圧に応じたセンサ信号を出力する出力部とを有し、前記トランジスタは、夫々、互いに異なる期間に前記電流を流し、前記信号処理部は、前記センサ信号が互いに一致しないとき前記センサ信号を使用せず、前記センサ信号が互いに一致するとき前記センサ信号を前記画像信号の生成に使用する、撮像装置。【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置に関する。

撮像装置として、赤外線イメージセンサを利用した赤外線撮像装置が知られている。赤外線イメージセンサを利用した赤外線撮像装置は、非接触で温度測定が可能であるという特徴を有し、保安、医療、保全、研究開発、軍事などの用途に使用される。例えば、赤外線撮像装置は、空港で乗客の体温を非接触で測定して、感染症の患者を抽出するのに利用される。また、赤外線撮像装置は、暗視装置として利用される場合もある。以下、赤外線撮像素子を使用した赤外線撮像装置の例を説明するが、記載する技術は、これに限定されるものではない。

図１は、赤外線イメージセンサ１４を利用した赤外線撮像装置１の構成の一例を示す図である。赤外線撮像装置１は、撮像部１０と、撮像部１０が出力する赤外線撮像信号を信号処理する信号処理回路１８とを備える。撮像部１０は、レンズ１１と、赤外線イメージセンサ１４とを備える。信号処理回路１８は、感度補正演算回路１６と、画像化回路１５とを備える。

図２は、赤外線イメージセンサ１４の構成の一例を示す図である。赤外線イメージセンサ１４は、観測対象物の表面温度に応じて当該観測対象物から放射される赤外線を、二次元のアレイ状に配置された複数のセンサ素子で検出する。そして、赤外線イメージセンサ１４は、当該観測対象物の表面温度分布を示す熱画像（サーモグラフィ画像）を生成するためのセンサ出力信号を出力する。

赤外線イメージセンサ１４は、センサアレイ１２と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）読み出し回路１３とを備える。ＣＭＯＳ読み出し回路１３は、基板に設けられている。センサアレイ１２とＣＭＯＳ読み出し回路１３との対応する電極同士は、インジウム製のバンプ１７により接続されている。センサアレイ１２は、二次元のアレイ状に配置された複数のセンサ素子（画素）を有する。センサアレイ１２の各センサ素子は、赤外線の入射量に応じて抵抗値が変化する特性を有する光伝導型素子である。

レンズ１１（図１参照）は、観測対象物から放射された赤外線を、センサアレイ１２上に投射する。センサアレイ１２の各センサ素子は、投射された赤外線の入射光量に応じた光電流を発生する。これにより、赤外線は、電気信号に変換される。電気信号は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３によってマルチプレクスされた後、信号処理回路１８の感度補正演算回路１６に出力される。画像化回路１５は、感度補正演算回路１６による感度補正処理後の赤外線撮像信号を、熱画像を生成するための画像信号に、フォーマット変換する。不図示の表示モニタは、画像化回路１５から出力された画像信号に基づいて、熱画像を表示する。

図３は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３の構成の一例を示す図である。ＣＭＯＳ読み出し回路１３は、複数の画素回路２１と、スキャン回路２５とを備える。

スキャン回路２５は、水平方向（行方向）に平行に伸びる複数のスキャンライン２７と、垂直方向（列方向）に平行に伸びる複数の垂直バスライン２８と、垂直走査シフトレジスタ２２と、水平走査シフトレジスタ２３とを備える。

画素回路２１は、複数のスキャンライン２７と複数の垂直バスライン２８との各交差部に対応してマトリクス状に配置されている。画素回路２１内のセンサ素子２４は、赤外線イメージセンサ１４の感光部であるセンサアレイ１２（図２参照）に設けられるセンサ素子（セル）を示している。画素回路２１は、複数のセンサ素子２４の夫々に、設けられている。

画素回路２１では、リセットゲート用のトランジスタ３６にリセット信号ＲＳが印加され、トランジスタ３６が導通して蓄積容量４１が所定値に充電される。リセット信号ＲＳの印加が停止した後、入力ゲート用のトランジスタ３５に積分信号ＩＧ−Ｔ２が一定期間印加され、センサ素子２４に赤外線強度に対応した電流が流れ、蓄積容量４１の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。次に、サンプルホールドリセット用のトランジスタ３７は、リセット信号ＳＨＲＳに応じて導通し、サンプルホールド容量４２の電圧レベルを所定値にリセットする。次に、トランスファーゲート３８にサンプルホールド信号ＳＨおよび／ＳＨが印加され、蓄積容量４１の電圧がサンプルホールド容量４２に転送され、保持される。サンプルホールド信号／ＳＨは、サンプルホールド信号ＳＨの反転信号である。このような動作が複数の画素回路２１でそれぞれ同時に行われるので、各センサ素子２４の赤外線強度に対応した電圧が各サンプルホールド容量４２に保持される。

垂直走査シフトレジスタ２２は、複数のスキャンライン２７を１本ずつ選択するスキャンパルスＶ−Ｓｅｌを順次出力する。スキャンパルスＶ−Ｓｅｌに応じて、そのスキャンパルスＶ−Ｓｅｌが出力されたスキャンライン２７にゲートが接続されるトランジスタ３２が導通する。導通したトランジスタ３２にトランジスタ３１を介して接続された画素回路２１のサンプルホールド容量４２に保持された電圧が、トランジスタ３１およびトランジスタ３２を介して、対応する垂直バスライン２８のそれぞれに出力される。

水平走査シフトレジスタ２３は、トランジスタ３３に読み出しパルスＨ−ｓｅｌを順次印加する。読み出しパルスＨ−Ｓｅｌに応じて、垂直バスライン２８の電圧は、読み出しライン２６に出力され、イメージ信号電圧Ｖｐｘｌが生じる。イメージ信号電圧Ｖｐｘｌは、最終出力段増幅器２９からアナログの出力信号Ｖｏｕｔとして順次出力される。

すべての垂直バスライン２８の電圧の出力が終了すると、垂直走査シフトレジスタ２２が次のスキャンライン２７にスキャンパルスＶ−Ｓｅｌを印加する。以後、上記の動作を繰り返すことにより、１本の出力線に、２次元配置されたすべてのセンサ素子２４の信号が多重化されて出力される。トランジスタ３４は、信号ＶＲＳに応じて導通し、読み出しライン２６をグランドレベルにリセットする。

リセット信号ＲＳなど、ＣＭＯＳ読み出し回路１３を動作させるタイミング制御信号は、タイミング生成器２０から与えられる。

特開２０１１−１４２５５８号公報

ところが、ＣＭＯＳトランジスタのゲート電極界面に電荷トラップが存在すると、トラップに出入りする電子の有無により、トランジスタのチャネル電位が変調を受ける。図４は、画素回路の一部の構成を示す図である。入力ゲート用のトランジスタ３５のチャネル電位が電荷トラップにより変調を受けると、外部からトランジスタ３５のゲートに与える電圧を一定にしても、トランジスタ３５のゲート−ソース間の電圧が変化するので、トランジスタ３５のソース電位が変化する。トランジスタ３５のソース電位の変化は、センサ素子２４の両端に印加されるバイアス電圧を変動させるので、センサ素子２４で発生する光電流の変動を引き起こす。そのため、蓄積容量４１に蓄積されてサンプルホールド容量４２に転送される電荷量は変動する。したがって、画素回路２１から読み出される画素出力電圧は、入力ゲート部のトランジスタ３５のトラップ状態の時間的変化に応じて時間的に変動する。

この画素出力電圧の変動は、図５に示されるように、比較的振幅の大きい２値的な変動となって現れることが多く、ランダムテレグラフノイズと呼ばれる。図５は、画素出力電圧の変動の一例を示す図であり、或る一つの画素回路からの画素出力電圧を時間軸上で連続的に並べた連続データで表現している。ある画素に関して図５に示されるような画素出力電圧の変動が継続すると、当該画素に対応する部分の輝度が表示モニタ上で時間的に変化するので、表示モニタの画像が乱れるおそれがある。

そこで、本開示の一態様は、画像の乱れを抑制できる、撮像装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の一態様では、
共通のセンサ素子に対して複数の出力系統が設けられたイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力から画像信号を生成する信号処理回路とを備え、
前記複数の出力系統は、夫々、トランジスタと、前記トランジスタを介して前記センサ素子に流れる電流に応じた電荷を蓄積する容量と、前記容量の電圧に応じたセンサ信号を出力する出力部とを有し、
前記トランジスタは、夫々、互いに異なる期間に前記電流を流し、
前記信号処理回路は、前記センサ信号が互いに一致しないとき前記センサ信号を使用せず、前記センサ信号が互いに一致するとき前記センサ信号を前記画像信号の生成に使用する、撮像装置が提供される。

本開示の一態様によれば、画像の乱れを抑制できる。

赤外線イメージセンサを利用した赤外線撮像装置の構成の一例を示す図である。赤外線イメージセンサの構成の一例を示す図である。ＣＭＯＳ読み出し回路の構成の一例を示す図である。画素回路の一部の構成を示す図である。画素出力電圧の変動の一例を示す図である。ＣＭＯＳ読み出し回路の構成の一例を示す図である。画素回路の動作の一例の示すタイミングチャートである。スキャン回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。信号処理部の構成の一例を示す図である。２つの出力信号の変化の一例を示す図である。赤外線撮像装置の構成の一例を示す図である。赤外線イメージセンサを含む撮像部の構成の一例を示す図である。信号処理部の構成の一例を示す図である。ランダムテレグラフノイズの対処手順の一例を示すフローチャートである。信号処理部の構成の一例を示す図である。ランダムテレグラフノイズの対処手順の一例を示すフローチャートである。信号処理部の構成の一例を示す図である。ランダムテレグラフノイズの対処手順の一例を示すフローチャートである。

図６は、一実施形態に係るＣＭＯＳ読み出し回路１１３の構成の一例を示す図である。ＣＭＯＳ読み出し回路１１３は、複数の画素回路１２１と、スキャン回路１２５とを有する。

スキャン回路１２５は、水平方向（行方向）に平行に伸びる複数のスキャンライン１２７と、垂直方向（列方向）に平行に伸びる複数の垂直バスライン１２８と、垂直走査シフトレジスタ１２２と、水平走査シフトレジスタ１２３とを備える。

画素回路１２１は、複数のスキャンライン１２７と複数の垂直バスライン１２８との各交差部に対応してマトリクス状に配置されている。画素回路１２１内のセンサ素子１２４は、図２に示された赤外線イメージセンサ１４と同様に、センサアレイに設けられるセンサ素子（セル）を示している。図６に示された画素回路１２１は、複数のセンサ素子１２４の夫々に、設けられている。センサ素子１２４は、赤外線の入射量に応じて抵抗値が変化する特性を有する光伝導型素子である。各々の画素回路１２１は、互いに同じ構成を有する。

ＣＭＯＳ読み出し回路１１３は、共通のセンサ素子１２４に対して複数の出力系統が設けられている。図６の構成では、一つのセンサ素子１２４に接続される入力ゲート部以降の出力系統が二つ設けられている。

二つの出力系統は、夫々、入力ゲート部を有する。第１の入力ゲート部は、センサ素子１２４に接続されたトランジスタ１３９と、センサ素子１２４にトランジスタ１３９を介して接続され且つトランジスタ１３９に直列に接続されたトランジスタ１３５とを有する。第２の入力ゲート部は、センサ素子１２４に接続されたトランジスタ２３９と、センサ素子１２４にトランジスタ２３９を介して接続され且つトランジスタ２３９に直列に接続されたトランジスタ２３５とを有する。

入力ゲート部において、センサ素子１２４のバイアス電圧を制御するトランジスタ１３９，２３９の各ゲート電極には、共通のゲート配線が接続されていて、共通の一定のゲート駆動信号ＩＧ−Ｔ１が印加される。つまり、トランジスタ１３９，２３９がそれぞれセンサ素子１２４の両端に印加する電圧は、同じバイアス電圧に設定されている。

一方、入力ゲート部において、センサ素子１２４に電流を流す時間（蓄積容量１４１，２４１から電荷を放電する時間）を制御するトランジスタ１３５，２３５の各ゲート電極には、互いに異なるゲート配線が接続されていて、独立のゲート駆動信号である積分信号が印加される。一方のトランジスタ１３５のゲート電極には、積分信号ＩＧ１−Ｔ２が印加され、他方のトランジスタ２３５のゲート電極には、積分信号ＩＧ２−Ｔ２が印加される。つまり、トランジスタ１３５，２３５が互いに異なる期間で開閉できるように設定されているので、トランジスタ１３９，２３９は互いに異なる期間にセンサ素子１２４に電流を流すことができる。

また、二つの出力系統は、夫々、サンプルホールド部を有する。第１のサンプルホールド部は、トランジスタ１３６，１３７、トランスファーゲート１３８と、蓄積容量１４１と、サンプルホールド容量１４２とを有する。トランスファーゲート１３８は、蓄積容量１４１とサンプルホールド容量１４２との間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路の一例である。第２のサンプルホールド部は、トランジスタ２３６，２３７、トランスファーゲート２３８と、蓄積容量２４１と、サンプルホールド容量２４２とを有する。トランスファーゲート２３８は、蓄積容量２４１とサンプルホールド容量２４２との間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路の一例である。

図７は、画素回路１２１の動作の一例を示すタイミングチャートである。図６を参照して、図７について以下説明する。

トランジスタ１３９，２３９は、共通の一定のゲート駆動信号ＩＧ−Ｔ１が常時印加されていることによって、常時オンし、パルス動作をしていない。最初に、リセットゲート用のトランジスタ１３６，２３６に共通のリセット信号ＲＳが印加され、トランジスタ１３６，２３６が導通して蓄積容量４１が所定値に充電される。トランジスタ１３６，２３６は、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタであるため、リセット信号ＲＳがローレベルの期間にオン（開）となる。

リセット信号ＲＳの印加が停止した後、入力ゲート用のトランジスタ１３５，２３５は、積分信号ＩＧ１−Ｔ２，ＩＧ２−Ｔ２に従って交互に開閉する。トランジスタ１３５，２３５の開閉は、１フレーム期間内に少なくとも２回以上繰り返される。センサ素子１２４に赤外線強度に対応した電流が蓄積容量１４１，２４１に交互に流れ、蓄積容量１４１，２４１の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。

次に、サンプルホールドリセット用のトランジスタ１３７，２３７は、共通のリセット信号ＳＨＲＳに応じて導通し、サンプルホールド容量１４２，２４２の電圧レベルを所定値にリセットする。トランジスタ１３７，２３７は、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタであるため、リセット信号ＳＨＲＳがローレベルの期間にオン（開）となる。

次に、トランスファーゲート１３８，２３８にサンプルホールド信号ＳＨおよび／ＳＨが印加され、蓄積容量１４１の電圧がサンプルホールド容量１４２に転送されて保持される一方で、蓄積容量２４１の電圧がサンプルホールド容量２４２に転送されて保持される。サンプルホールド信号／ＳＨは、サンプルホールド信号ＳＨの反転信号である。

このような動作が複数の画素回路１２１で１フレーム期間毎にそれぞれ同時に行われるので、各センサ素子１２４の赤外線強度に対応した電圧が各サンプルホールド容量１４２，２４２に保持される。このように、サンプルホールド容量１４２は、トランジスタ１３５，１３９を介してセンサ素子１２４に流れる電流に応じた電荷を蓄積し、サンプルホールド容量２４２は、トランジスタ２３５，２３９を介してセンサ素子１２４に流れる電流に応じた電荷を蓄積する。

また、図６において、二つの出力系統は、夫々、出力部を有する。第１の出力部は、第１の増幅トランジスタ１３１、第１の行選択トランジスタ１３２、第１の垂直バスライン１２８、第１の列選択トランジスタ１３３、第１の読み出しライン１２６、第１の出力段増幅器１２９を有する。第２の出力部は、第２の増幅トランジスタ２３１、第２の行選択トランジスタ２３２、第２の垂直バスライン２２８、第２の列選択トランジスタ２３３、第２の読み出しライン２２６、第２の出力段増幅器２２９を有する。

図８は、スキャン回路１２５の動作の一例を示すタイミングチャートである。図６を参照して、図８について以下説明する。

サンプルホールド容量１４２，２４２に転送された各画素の信号電圧（画素出力電圧）は、シフトレジスタによる行・列マトリクスのスイッチ切替により時系列に読み出される。シフトレジスタの動作は次の通りである。

パルス信号Ｖ−Ｓｔａｒｔにより垂直走査シフトレジスタ１２２の走査が開始し、パルス信号Ｈ−Ｓｔａｒｔにより水平走査シフトレジスタ１２３の走査が開始する。垂直走査シフトレジスタ１２２の最初の選択により１行目の行選択トランジスタ１３２，２３２がスキャンパルスＶ−Ｓｅｌによりオンとされている期間に、クロック信号（Ｃｌｏｃｋ）に応じて水平走査シフトレジスタ１２３が順次カウントアップしていく。これにより、各列に設けられた列選択トランジスタ１３３，２３３が、１列目、２列目、３列目と順番にオンとなって切り替わるように、水平走査シフトレジスタ１２３の読み出しパルスＨ−ｓｅｌにより選択される。そして、１行目の先頭列から最終列までの画素選択が水平走査シフトレジスタ１２３により行われ、１行目の最終列の選択後に、水平走査シフトレジスタ１２３の最後尾選択信号Ｖ−Ｄａｔのレベルがアクティブレベルとなる。

アクティブレベルの最後尾選択信号Ｖ−Ｄａｔにより、垂直走査シフトレジスタ１２２を一つカウントアップさせて、次の２行目の行選択への切り替えが垂直走査シフトレジスタ１２２により行われる。パルス信号Ｈ−Ｓｔａｒｔが水平走査シフトレジスタ１２３に再度与えられる。垂直走査シフトレジスタ１２２の選択により２行目の行選択トランジスタ１３２，２３２がスキャンパルスＶ−Ｓｅｌによりオンとされている期間に、クロック信号（Ｃｌｏｃｋ）に応じて水平走査シフトレジスタ１２３が順次カウントアップしていく。これにより、各列に設けられた列選択トランジスタ１３３，２３３が、１列目、２列目、３列目と順番にオンとなって切り替わるように、水平走査シフトレジスタ１２３の読み出しパルスＨ−ｓｅｌにより選択される。そして、２行目の先頭列から最終列までの画素選択が水平走査シフトレジスタ１２３により行われ、２行目の最終列の選択後に、水平走査シフトレジスタ１２３の最後尾選択信号Ｖ−Ｄａｔのレベルがアクティブレベルとなる。そして、最終行の選択まで繰り返される。

このようなシフトレジスタ動作が繰り返されて、垂直方向・水平方向に画素選択の走査が実施されることにより、全画素の出力が順次読み出される。つまり、二つの時系列の出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が読み出し回路１１３から出力される。出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、センサ信号の一例である。トランジスタ１３４，２３４は、共通の信号ＶＲＳに応じて導通し、読み出しライン１２６，２２６をグランドレベルにリセットする。

リセット信号ＲＳなど、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３を動作させるタイミング制御信号は、タイミング生成器１２０から与えられる。タイミング生成器１２０は、読み出し回路１１３の内部に又は読み出し回路１１３の外部（例えば、後述の信号処理回路１１８）に設けられる。

図９は、信号処理回路１１８の構成の一例を示す図である。信号処理回路１１８は、信号処理部の一例である。信号処理回路１１８は、赤外線イメージセンサ１１４の内部の読み出し回路１１３から出力された二つの時系列の出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２から、表示モニタに表示される熱画像を生成するための画像信号を生成する。

信号処理回路１１８は、各画素（各画素回路１２１）の感度ばらつきを補正する感度補正回路１１６，２１６と、各画素（各画素回路１２１）の感度ばらつきを補正するための補正係数を記憶するメモリ１１９，２１９とを備える。メモリ１１９は、センサ素子１２４を含む画素回路１２１から読み出された出力信号Ｖｏｕｔ１を補正するための補正係数をセンサ素子１２４毎に記憶する。メモリ２１９は、センサ素子１２４を含む画素回路１２１から読み出された出力信号Ｖｏｕｔ２を補正するための補正係数をセンサ素子１２４毎に記憶する。

赤外線イメージセンサ１１４の各画素の感度は、センサ素子１２４の光応答特性の違いや、トランジスタ１３９，２３９の特性の差異によるセンサ素子１２４への駆動バイアスの変動などの影響を受けてばらつく。これらの各画素での感度ばらつきを補正するため、感度補正回路１１６，２１６は、時系列に読み出された各出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２に感度補正係数を乗じる処理を１画素毎に行う。画素毎に基準となるオフセット値及び各画素の光応答感度に相当するゲイン値は、メモリ１１９，２１９に補正係数として記憶されている。感度補正回路１１６，２１６は、メモリ１１９，２１９から読み出した補正係数を用いて、一様な入射光に対して各画素で等しい出力（感度）が得られるような補正演算処理を行う。

また、信号処理回路１１８は、加算器１５０と、比較器１５１と、フレームメモリ１５２と、画像化回路１１５とを備える。

加算器１５０は、感度補正回路１１６による感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ１と感度補正回路２１６による感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ２とを加算する。比較器１５１は、感度補正回路１１６による感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ１と感度補正回路２１６による感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ２とを比較する。フレームメモリ１５２は、比較器１５１の比較結果に応じて加算器１５０の加算結果を記憶する。画像化回路１１５は、フレームメモリ１５２から読み出された感度補正後の赤外線撮像信号（画素出力データ）を、熱画像を生成するための画像信号に、フォーマット変換する。画像化回路１１５は、画像信号を表示モニタに出力する。

本実施形態では、図６〜８で示したように、タイミング生成器１２０は、トランジスタ１３５とトランジスタ２３５とが同期間でオンとならないようにトランジスタ１３５とトランジスタ２３５とを交互に駆動する。これにより、オン状態のトランジスタ１３９を介してセンサ素子１２４を流れる光電流は蓄積容量１４１により積分され、オン状態のトランジスタ２３９を介してセンサ素子１２４を流れる光電流は蓄積容量２４１により積分される。トランジスタ１３９，２３９のバイアス電圧は同じ電圧値に設定されているため、ほぼ等しい光電流信号が発生する。

入力ゲート部のタイミングゲート（トランジスタ１３５とトランジスタ２３５）の開閉は、１フレーム期間内で積分時間が細分化されるように交互に繰り返される。トランジスタ１３５が開となっている時間の和とトランジスタ２３５が開となっている時間の和は、一致するように設定されている。積分時間（撮像時のシャッターが開いている期間）は、短い周期で繰り返されている。そのため、トランジスタ１３５で決まる撮像タイミング（シャッター開の期間）とトランジスタ２３５で決まる撮像タイミング（シャッター開の期間）とは、ほぼ同じ時間とみなすことができる（図７参照）。したがって、赤外線イメージセンサ１１４からの各出力（出力信号Ｖｏｕｔ１と出力信号Ｖｏｕｔ２）は、ランダムテレグラフノイズのような雑音がトランジスタ１３９又はトランジスタ２３９に影響しなければ、本来同じ出力結果となるはずである。

図９に示された信号処理回路１１８は、出力信号Ｖｏｕｔ１と出力信号Ｖｏｕｔ２についてノイズ判定をして、画像信号を生成する。信号処理回路１１８は、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２のそれぞれに感度補正処理を感度補正回路１１６，２１６によって施すことで、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２との感度差を小さくする。

一つのセンサ素子１２４を同じバイアスで駆動するので、出力信号Ｖｏｕｔ１と出力信号Ｖｏｕｔ２との感度差はほぼ等しいはずであるが、トランジスタ特性の僅かな差異や出力系統の特性差異によって、二つの出力信号間には僅かなずれが発生することがある。感度補正処理は、このような感度差をキャンセルするための処理である。

信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２との感度差を小さくした上で、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とを比較器１５１により比較するとともに、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とを加算器１５０により加算する。

図１０は、出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の変化の一例を示す図である。出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化がセンサ素子１２４に入射した赤外線の変化に起因するものであれば、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２は同相で変化する（図１０の左図参照）。一方、出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の変化がランダムテレグラフノイズに起因するものであれば、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２のうちいずれか一方のみが変化する（図１０の右図参照）。なぜならば、ランダムテレグラフノイズが二つのトランジスタ１３９，２３９で同時に起こる頻度は極めて低いと考えられるからである。

そこで、図９に示される信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが比較器１５１により一致すると判定された場合、ランダムテレグラフノイズが発生していないと判断できる。一方、信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが比較器１５１により一致しないと判定された場合、ランダムテレグラフノイズが発生したと判断できる。つまり、信号処理回路１１８は、赤外線イメージセンサ１１４の出力信号の変動が、センサ素子１２４に入射した赤外線のような入射波の変化によるものか、ランダムテレグラフノイズのような雑音によるものなのかを判別できる。

信号処理回路１１８は、例えば、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２との電圧差が比較器１５１により所定値以下と検知された場合、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが一致していると判定する。一方、信号処理回路１１８は、例えば、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２との電圧差が比較器１５１により所定値より大きいと検知された場合、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが一致していないと判定する。

信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが比較器１５１により一致すると判定された場合、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とを画像信号の生成に使用する。例えば、信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが加算器１５０により加算された結果をフレームメモリ１５２に記録した上で、フレームメモリ１５２から読み出された画素出力データを画像化回路１１５に送信する。フレームメモリ１５２には、前回の撮像フレームでの加算後の画素出力データが記憶されているので、信号処理回路１１８は、前回の撮像フレームでの加算後の画素出力データを今回の撮像フレームでの加算後の画像出力データに更新する。

一方、信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが比較器１５１により一致しないと判定された場合、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とを画像信号の生成に使用しない。例えば、信号処理回路１１８は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが一致しない場合、フレームメモリ１５２内の画素出力データを更新しない。これにより、ランダムテレグラフノイズが無い画素出力データに基づいて生成された画像信号が、画像化回路１１５から出力される。画像化回路１１５は、補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とが一致しない場合（ランダムテレグラフノイズが発生したと判定した場合）、ノイズが発生する前にフレームメモリ１５２に記憶された画像出力データに基づいて、画像信号を生成する。

したがって、本実施形態によれば、互いに一致しない補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とは画像信号の生成に使用されず、互いに一致する補正後のＶｏｕｔ１と補正後のＶｏｕｔ２とは画像信号の生成に使用される。これにより、ランダムテレグラフノイズのような雑音を起因とした輝度変化などの画像の目立った乱れを抑制することができる。また、トランジスタ１３５の開期間で撮像された出力とトランジスタ２３５の開期間で撮像された出力との加算結果に基づいて画像信号が生成されるので、トランジスタ一つ当たりの開期間が短くても、画像全体での平均的な信号雑音比の低下を抑制可能である。

次に、撮像装置の具体例について説明する。

図１１は、赤外線撮像装置１０１の構成の一例を示す図である。赤外線撮像装置１０１は、撮像部１１０と、信号処理回路１１８と、表示モニタ１５３とを備える。赤外線撮像装置１０１に、表示モニタ１５３は含まれても含まれなくてもよい。

図１２は、赤外線イメージセンサ１１４を含む撮像部１１０の構成の一例を示す図である。赤外線イメージセンサ１１４は、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３（図６参照）のチップの上にフリップチップ接続された受光素子アレイチップを有する。受光素子アレイチップは、量子井戸型赤外線検知素子（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photodetector）が二次元のアレイ状に配置されたセンサアレイである。

赤外線イメージセンサ１１４は、真空容器１５５内に封入されている。冷却器１５６は、赤外線イメージセンサ１１４を７０〜８０Ｋへと冷却する。真空容器１５５の先端には赤外線の入射窓１５４が取り付けられている。真空容器１５５の前方に設置されたレンズ１１１を含む光学系により結像された赤外線が、入射窓１５４を通して赤外線イメージセンサ１１４へ入射される。レンズ１１１が結像する焦点の位置は、赤外線イメージセンサ１１４の入射面に調整される。

撮像部１１０は、赤外線イメージセンサ１１４の冷却温度を一定に保つための冷却器制御回路１５８と、レンズ１１１の焦点調整を行うための光学制御回路１５７とを有する。

撮像部１１０は、赤外線イメージセンサ１１４を駆動するためのセンサ駆動回路１５９を有する。センサ駆動回路１５９は、タイミングパルス信号（例えば、クロック信号、フレーム同期信号、シフトレジスタ制御信号等）を、赤外線イメージセンサ１１４のＣＭＯＳ読み出し回路１１３に供給するタイミング生成器１２０を有する。センサ駆動回路１５９は、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３の動作電源、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３内部の増幅器の電源電圧、リセット電圧、ゲート駆動信号ＩＧ−Ｔ１等のバイアス電圧を、赤外線イメージセンサ１１４のＣＭＯＳ読み出し回路１１３に供給する。

センサ駆動回路１５９は、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換器１６０，２６０を有する。Ａ／Ｄ変換器１６０は、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３からのアナログの出力信号Ｖｏｕｔ１を、例えば１４ビットの並行デジタル出力に変換する。１４本の並行デジタル出力は、シリアライザ１６１によって１系統の時系列デジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号は、出力信号Ｖｏｕｔ１として外部へ出力される。同様に、Ａ／Ｄ変換器２６０は、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３からのアナログの出力信号Ｖｏｕｔ２を、例えば１４ビットの並行デジタル出力に変換する。１４本の並行デジタル出力は、シリアライザ２６１によって１系統の時系列デジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号は、出力信号Ｖｏｕｔ２として外部へ出力される。

なお、図１２は、Ａ／Ｄ変換器１６０，２６０の後段の構成を二つの出力系統で示している。しかしながら、二次元アレイの画素を複数の領域に分割して読み出す場合、ＣＭＯＳ読み出し回路１１３からの出力チャネルは複数となるため、チャネル数に応じてＡ／Ｄ変換器の数を増やしてもよい。

図１３は、信号処理回路１１８Ａの構成の一例を示す図である。信号処理回路１１８Ａは、信号処理回路１１８の第一例である。信号処理回路１１８Ａは、撮像部１１０からの出力信号を信号処理する。

赤外線イメージセンサ１１４から時系列に出力される出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、光応答の感度ばらつきを持つ。感度補正回路１１６，２１６は、その感度ばらつきを補正する。感度補正回路１１６，２１６は、センサ素子１２４への一定の入射量に対する出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が互いに同じになるように、メモリ１１９，２１９に記憶された補正係数を出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２に乗じる。メモリ１１９は、出力信号Ｖｏｕｔ１に乗じる補正係数を各センサ素子１２４について記憶し、メモリ２１９は、出力信号Ｖｏｕｔ２に乗じる補正係数を各センサ素子１２４について記憶する。

比較器１５１は、感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ１と感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ２との差異を検出して、ランダムテレグラフノイズの発生有無を判断する。また、加算器１５０は、感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ１と感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ２とを加算して１つの出力信号（画素出力データ）にまとめた後、当該画素出力データをフレームメモリ１５２に記録する。フレームメモリ１５２は、画像信号を生成する元の信号を記憶する。画素出力データの更新の際、図１４に示されるフローチャートに従ってデータ更新が行われる。

図１４は、ランダムテレグラフノイズの対処手順の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０にて、感度補正回路１１６，２１６は、感度補正後の出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を加算器１５０及び比較器１５１に入力する。

ステップＳ１２にて、加算器１５０は、入力された出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２とを加算する。

ステップＳ１４にて、比較器１５１は、入力された出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２とが一致するか否かを判定する。入力された出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２とが一致すると比較器１５１により判定された場合、加算器１５０は、フレームメモリ１５２に既に記憶された画素出力データを、今回のステップＳ１２での加算結果を表す画素出力データに書き換える（ステップＳ１６）。一方、入力された出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２とが一致しないと比較器１５１により判定された場合、加算器１５０は、フレームメモリ１５２に既に記憶された画素出力データを、今回のステップＳ１２での加算結果を表す画素出力データに書き換えない。

これにより、ステップＳ２０にて、ランダムテレグラフノイズが無いと判断された画素については、フレームメモリ１５２内の画素出力データは最新のデータに更新される。ランダムテレグラフノイズがあると判断された画素については、フレームメモリ１５２内の画素出力データは前回以前のフレームの画素出力データが保持される。

ステップＳ２２にて、フレームメモリ１５２内の画素出力データは、画像化回路１１５に出力される。

図１３において、画像化回路１１５は、フレームメモリ１５２に蓄積されたセンサ素子１２４毎の画素出力データを用いて画像信号を生成する。フレームメモリ１５２内の画素出力データは、赤外線イメージセンサ１１４の出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の感度補正後の１４ビットの信号を加算して得られたデータである。

調整回路１６２は、表示モニタ１５３が２５６階調のグレースケール表示でモニタ出力する場合、１４ビットの画素出力データを８ビットの画素出力データに変換する。元の１４ビットの画素出力データは、赤外線イメージセンサ１１４の出力全範囲に対応した情報を有している。調整回路１６２は、出力全範囲を白黒のグレースケール表示で表示モニタ１５３にモニタ出力させるのではなく、出力全範囲の一部を切り出し、その切り出した範囲を白黒表示で表示モニタ１５３にモニタ出力させる。調整回路１６２は、出力全範囲のうちのどの部分を中心にしてどれ程の幅で切り出しを行うかを調整して、８ビットの画素出力データを生成する。

調整回路１６２は、切り出す際の中央値を定めるレベル調整を行い、このレベル調整を行うことによって、撮像結果を表示する場合の画面全体の明るさを調整する。一方、調整回路１６２は、切り出し幅を定めるゲイン調整を行い、このゲイン調整を行うことによって、画面表示のコントラストを調整する。

画像信号生成回路１６３は、調整回路１６２によって生成された８ビットの画像出力データを、表示モニタ１５３の表示形式等に応じたデータ配列に変換するフォーマット変換処理を行い、フォーマット変換処理後の画像信号を表示モニタ１５３に出力する。

図１３及び図１４では、ランダムテレグラフノイズへの対処をフレームメモリ１５２でのデータ更新の切り替えにより実現したが、対処方法はこれに限るものではない。

図１５は、信号処理回路１１８Ｂの構成の一例を示す図である。図１６は、信号処理回路１１８Ｂによるランダムテレグラフノイズの対処手順の一例を示すフローチャートである。信号処理回路１１８Ｂは、信号処理回路１１８の第二例である。上述と同様の構成については、上述の説明を援用して省略する。図１５の構成について、図１６に示される各処理ステップと対比して以下説明する。

図１５において、感度補正回路１１６は、撮像部１１０から送られるセンサ出力Ａ（出力信号Ｖｏｕｔ１）を感度補正し、感度補正回路２１６は、撮像部１１０から送られるセンサ出力Ｂ（出力信号Ｖｏｕｔ２）を感度補正する。感度補正回路１１６は、感度補正後のセンサ出力Ａ，Ｂを比較器１６５に入力する（ステップＳ３０）。比較器１６５は、感度補正後のセンサ出力Ａ，Ｂが互いに一致するか否かを判定する比較を行う（ステップＳ３２）。

比較器１６５での比較結果によりセンサ出力Ａ，Ｂが一致すると判定された場合（ランダムテレグラフノイズが発生していないと判定された場合）、切替器１６４，２６４は、補正後のセンサ出力Ａ，Ｂを加算器１５０に入力する。加算器１５０は、入力されたセンサ出力Ａ，Ｂを加算して（ステップＳ３４）、その加算結果をフレームメモリ１５２に記録する（ステップＳ３６）。

一方、比較器１６５での比較結果によりセンサ出力Ａ，Ｂが一致しないと判定された場合（ランダムテレグラフノイズが発生していると判定された場合）、切替器１６４，２６４は、補正後のセンサ出力Ａ，Ｂを比較・選択器１７１に入力する。

比較・選択器１７１は、前のフレーム（例えば、一つ前のフレーム）の画素出力データをフレームメモリ１５２から引き込む（ステップＳ４０）。この際、フレームメモリ１５２内の画素出力データは、センサ出力Ａとセンサ出力Ｂとの加算値であるので、比較・選択器１７１は、この加算値を除算器１６６で半分にした値を参照値として引き込む。比較・選択器１７１は、引き込んだ参照値を、二つの補正後のセンサ出力Ａ，Ｂのそれぞれと同じ画素同士で比較する（ステップＳ４２）。

比較・選択器１７１は、差分値Ｘと差分値Ｙとを比較する。差分値Ｘは、補正後のセンサ出力Ａから参照値を引いた値を表し、差分値Ｙは、補正後の出力Ｂから参照値を引いた値を表す。比較・選択器１７１は、差分値Ｘと差分値Ｙのうち値が小さくなる方のセンサ出力がランダムテレグラフノイズの影響を受けていない出力と推定できる。なぜなら、画素出力データの変化が前後のフレーム間で小さいほど、ランダムテレグラフノイズが発生している可能性が小さいとみなすことができるからである。

比較・選択器１７１は、差分値Ｘと差分値Ｙのうち値が小さくなる方のセンサ出力を、画像信号の生成に使用可能なセンサ出力として選択する。比較・選択器１７１は、差分値Ｘが差分値Ｙよりも大きい場合、補正後のセンサ出力Ｂを選択し、差分値Ｘが差分値Ｙよりも小さい場合、補正後のセンサ出力Ａを選択する。

比較・選択器１７１により選択されたセンサ出力は、フレームメモリ１５２内の加算値とレベルを揃えるため、乗算器１６７により２倍に乗算されて（ステップＳ４８）、フレームメモリ１５２に格納される。

ステップＳ３８にて、フレームメモリ１５２内の画素出力データは、画像化回路１１５に出力される。フレームメモリ１５２内の画素出力データから画像信号を生成する処理は、上述と同様である。

図１７は、信号処理回路１１８Ｃの構成の一例を示す図である。図１８は、信号処理回路１１８Ｃによるランダムテレグラフノイズの対処手順の一例を示すフローチャートである。信号処理回路１１８Ｃは、信号処理回路１１８の第三例である。上述と同様の構成については、上述の説明を援用して省略する。図１７の構成について、図１８に示される各処理ステップと対比して以下説明する。

図１７において、感度補正回路１１６は、撮像部１１０から送られるセンサ出力Ａ（出力信号Ｖｏｕｔ１）を感度補正し、感度補正回路２１６は、撮像部１１０から送られるセンサ出力Ｂ（出力信号Ｖｏｕｔ２）を感度補正する。感度補正回路１１６は、感度補正後のセンサ出力Ａ，Ｂを比較器１６８に入力する（ステップＳ６０）。比較器１６８は、感度補正後のセンサ出力Ａ，Ｂが互いに一致するか否かを判定する比較を行う（ステップＳ６２）。

比較器１６８での比較結果によりセンサ出力Ａ，Ｂが一致しないと判定された場合、比較器１６８は、センサ出力Ａ，Ｂが一致しない画素（センサ素子１２４）が欠陥であると判定する。比較器１６８は、欠陥と判断された画素の位置情報を欠陥アドレスメモリ１６９に追加登録する（ステップＳ６６）。

一方、比較器１６８での比較結果によりセンサ出力Ａ，Ｂが一致すると判定された場合、比較器１６８は、欠陥画素がないと判定する。比較器１６８は、欠陥画素がないと判定した場合、欠陥アドレスメモリ１６９を書換えない（ステップＳ６４）。

他方、ステップＳ６８にて、感度補正回路１１６，２１６は、感度補正後のセンサ出力Ａ，Ｂを加算器１５０に入力する。ステップＳ７０にて、加算器１５０は、入力されたセンサ出力Ａとセンサ出力Ｂとを加算する。

欠陥置換処理回路１７０は、加算器１５０によって加算値が得られた画素の位置情報が、欠陥アドレスメモリ１６９に登録された位置情報に含まれているか否かを判定することによって、当該画素が欠陥画素か否かを判定する（ステップＳ７２）。

欠陥置換処理回路１７０は、加算器１５０によって加算値が得られた画素の位置情報が、欠陥アドレスメモリ１６９に登録された位置情報に含まれている場合、当該画素が欠陥画素と判定する。欠陥置換処理回路１７０は、隣接する画素同士の画素出力データは近似しているとみなして、欠陥画素と判定された画素の画素出力データを、当該欠陥画素に隣接する正常な画素の画素出力データに置換する（ステップＳ７４）。これにより、当該欠陥画素の画素出力データを正常な画素の画素出力データで臨時的に代用することができる。欠陥置換処理回路１７０は、フレームメモリ１５２に既に記憶された画素出力データを、置換した画素出力データに書き換える（ステップＳ７８）。

一方、欠陥置換処理回路１７０は、加算器１５０によって加算値が得られた画素の位置情報が、欠陥アドレスメモリ１６９に登録された位置情報に含まれていない場合、置換処理を実施しない（ステップＳ７６）。欠陥置換処理回路１７０は、フレームメモリ１５２に既に記憶された画素出力データを、今回のステップＳ７０での加算結果を表す画素出力データに書き換える（ステップＳ７８）。

このように、比較器１６８は、センサ出力Ａ，Ｂが一致しない画素があると判定した場合、当該画素にランダムテレグラフノイズが発生したと判断し、ランダムテレグラフノイズが発生した当該画素の位置情報を欠陥アドレスメモリ１６９に記録する。画像信号を生成する際に、欠陥置換処理回路１７０は、欠陥アドレスメモリ１６９を参照する。そして、欠陥置換処理回路１７０は、欠陥画素が検知された場合、その欠陥画素の画素出力データを隣接の正常画素の画素出力データに置換する処理を実施する。この置換処理によって、ランダムテレグラフノイズの影響は低減される。

ステップＳ８０にて、フレームメモリ１５２内の画素出力データは、画像化回路１１５に出力される。フレームメモリ１５２内の画素出力データから画像信号を生成する処理は、上述と同様である。

以上、撮像装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、センサ素子に接続される入力ゲート部以降の出力系統の数は、二つに限られず、三つ以上でもよい。

また、センサ素子の観測対象は、赤外線に限られず、可視光線、紫外線、Ｘ線などの他の電磁波でもよい。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
共通のセンサ素子に対して複数の出力系統が設けられたイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力から画像信号を生成する信号処理部とを備え、
前記複数の出力系統は、夫々、トランジスタと、前記トランジスタを介して前記センサ素子に流れる電流に応じた電荷を蓄積する容量と、前記容量の電圧に応じたセンサ信号を出力する出力部とを有し、
前記トランジスタは、夫々、互いに異なる期間に前記電流を流し、
前記信号処理部は、前記センサ信号が互いに一致しないとき前記センサ信号を使用せず、前記センサ信号が互いに一致するとき前記センサ信号を前記画像信号の生成に使用する、撮像装置。
（付記２）
前記信号処理部は、前記センサ信号が互いに一致するとき、前記センサ信号を互いに加算して前記映像信号の生成に使用する、付記１に記載の撮像装置。
（付記３）
前記トランジスタは、夫々、前記電流を交互に流す、付記１又は２に記載の撮像装置。

１，１０１赤外線撮像装置
１０，１１０撮像部
１１，１１１レンズ
１２センサアレイ
１３，１１３ＣＭＯＳ読み出し回路
１４，１１４赤外線イメージセンサ
１８，１１８信号処理回路
２０，１２０タイミング生成器
２１，１２１画素回路
２４，１２４センサ素子
２５，１２５スキャン回路
４１，１４１，２４１蓄積容量
４２，１４２，２４２サンプルホールド容量

Claims

共通のセンサ素子に対して複数の出力系統が設けられたイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力から画像信号を生成する信号処理部とを備え、
前記複数の出力系統は、夫々、トランジスタと、前記トランジスタを介して前記センサ素子に流れる電流に応じた電荷を蓄積する容量と、前記容量の電圧に応じたセンサ信号を出力する出力部とを有し、
前記トランジスタは、夫々、互いに異なる期間に前記電流を流し、
前記信号処理部は、前記センサ信号が互いに一致しないとき前記センサ信号を使用せず、前記センサ信号が互いに一致するとき前記センサ信号を前記画像信号の生成に使用する、撮像装置。
前記信号処理部は、前記センサ信号が互いに一致するとき、前記センサ信号を互いに加算して前記画像信号の生成に使用する、請求項１に記載の撮像装置。