赤外線固体撮像装置
【課題】画像処理によって、残像の少ない赤外線画像を可能にする赤外線固体撮像装置を提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、感熱画素からなる赤外線検出素子部と、前記赤外線検出素子部により得られた赤外線の画像信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル信号に変換された画像信号を処理するデジタル信号処理部からなる赤外線固体撮像装置を提供する。前記デジタル信号処理部が、現フレームの直前フレームの取得画像値を記憶し、現フレームの取得画像値から、前記直前フレームの取得画像値に対し予め定めた０から１の間の定数αを乗算した画像値を減算し、さらに減算した画像値を１／（１−α）倍する処理をすることにより、残像の少ない赤外線画像を提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、感熱画素からなる赤外線検出素子部と、前記赤外線検出素子部により得られた赤外線の画像信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル信号に変換された画像信号を処理するデジタル信号処理部からなる赤外線固体撮像装置を提供する。前記デジタル信号処理部が、現フレームの直前フレームの取得画像値を記憶し、現フレームの取得画像値から、前記直前フレームの取得画像値に対し予め定めた０から１の間の定数αを乗算した画像値を減算し、さらに減算した画像値を１／（１−α）倍する処理をすることにより、残像の少ない赤外線画像を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線は、暗闇においても対象物の温度分布の撮像を可能ならしめるものであり、また可視光よりも煙、霧に対して透過性が高いという特長を有するので、赤外線撮像は、昼夜にかかわらず可能である。また、赤外線撮像は、被写体の温度情報をも得ることができるので、防衛分野をはじめ監視カメラや火災検知カメラのように広い応用範囲を有する。
【０００３】
近年、冷却機構を必要としない「非冷却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきている。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像装置は、波長１０μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化をなんらかの熱電変換手段により電気信号に変換する。非冷却型の赤外線固体撮像装置は、この電気信号を読み出すことで赤外線画像情報を得る。ここで、入射赤外線を熱に変換する際に、入射赤外線の吸収構造を基板から断熱する必要があり、通常熱型の赤外線固体撮像素子は真空中で動作させる。
【０００４】
赤外線センサの性能をあらわす指標のひとつは、赤外線センサの温度分解能を表現するＮＥＴＤ（Ｎｏｉｓｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（等価雑音温度差））である。ＮＥＴＤを小さくすること、すなわち、雑音に相当する赤外線検出素子の温度差を小さくすることが重要である。また、熱型の赤外線検出素子は光を温度に変える際に、一定の熱時定数をもち、高速に変化する被写体には追従できない。画素の感度と熱時定数は二律背反の関係にあり、感度を向上するために断熱性を上げると、熱が逃げにくくなるため熱時定数も悪化する。すなわち、熱時定数の悪化により、残像を含む赤外線画像しか得られないことになる。
【０００５】
特許文献１には、Ｘ線検査装置において、残像の減衰率ｒを算出し、今回計測された出力信号の（１＋ｒ）倍から１回前に計測された出力信号のｒ倍を減算することによって残像の補正をおこなう方法が記載されている。この場合、今回計測された出力信号のうち、減算される1回前に計測された出力信号の割合はｒ／（１＋ｒ）となり、実際に含まれる残像ｒよりも少なくなってしまう欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開特許公報２００３−５２６８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、画像処理によって、残像の少ない赤外線画像を可能にする赤外線固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
感熱画素からなる赤外線検出素子部と、前記赤外線検出素子部により得られた赤外線の画像信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル信号に変換された画像信号を処理するデジタル信号処理部からなる赤外線固体撮像装置を提供する。前記デジタル信号処理部が、現フレームの直前フレームの取得画像値を記憶し、現フレームの取得画像値から、前記直前フレームの取得画像値に対し予め定めた０から１の間の定数αを乗算した画像値を減算し、さらに減算した画像値を１／（１−α）倍する処理をすることにより、残像の少ない赤外線画像を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る赤外線固体撮像装置の構成を示す概略図。
【図２】第１の実施形態に係る赤外線検出素子部の構成を示す図
【図３】第１の実施形態に係る赤外線検出素子部の感熱画素の具体的な構成を示す図
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿って紙面に垂直に切断した場合の断面図
【図５】第１の実施形態に係る赤外線検出素子部の感熱画素の熱電変換部におけるｐｎダイオードの電圧・電流の関係を例示する図
【図６】熱電変換部が熱源からのパルス状の赤外線を受けたときの当該熱電変換部の温度上昇を模式的に示す図
【図７】現フレームとその直前フレームにおいて発生した熱が現在の時刻における画像情報に対する寄与を模式的に表す図
【図８】現フレームにおける過去の残像情報を対応する過去の時刻へ展開して描いた模式図
【図９】第１の実施形態に係るデジタル信号処理部５の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態に係る赤外線固体撮像装置の構成を示す。本赤外線固体撮像装置は、図１左部に示す赤外線検出素子部（アナログ検出部）１と、図１右部に示すＡＤ変換部４及びデジタル信号処理部５からなる。赤外線検出素子部（アナログ検出部）１により、外部から赤外線検出素子部１に入射した赤外線が検出され、検出された赤外線のアナログ電気信号（画像信号）は、ＡＤ変換部４に送られ、ＡＤ変換部４によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号はデジタル信号処理部５に送られ、そこで各フレーム毎の画像値（赤外線画像のデジタル信号）からその直前フレームの画像値に定数を乗算した値を減算して、残像低減処理を行う。
【００１２】
図２に赤外線検出素子部１の具体的な構成例を示す。この赤外線検出素子部１は、マトリックス状に配置した複数の感熱画素（ｐｎ）ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３）からなる撮像領域、行選択回路３１、カラムアンプ２０１、垂直択回路３２、及びバッファ２０３を含んでいる。
【００１３】
本実施形態においては、撮像領域は、一例として、３×３のマトリックス状に配置された感熱画素（ダイオード等）からなり、各感熱画素は赤外線に対する感度を有する。撮像領域を３×３のマトリックス状としたのは、本実施形態の赤外線固体撮像装置の動作に関する説明を簡単にするためであり、通常撮像領域はｍ×ｎのマトリックスに配置されたより多くの感熱画素からなる。各感熱画素は、例えばｐｎ接合ダイオードを少なくとも１個備えている。図２では、各感熱画素が1個のｐｎ接合ダイオードから構成されている場合を例示している。
【００１４】
次に、図２に示す３×３のマトリックス状に配置された感熱画素であるｐｎ接合ダイオードの読出し動作について説明する。
【００１５】
同じ行の感熱画素であるｐｎ接合のアノード側は、行選択回路３１に同一配線で接続されている。図２では、例えば（ｐｎ）１１、（ｐｎ）１２、（ｐｎ）１３は行選択回路３１からの同一の行選択線ｒ１に接続されている。（ｐｎ）２１、（ｐｎ）２２、（ｐｎ）２３は行選択回路３１からの同一の行選択線ｒ２に接続され、（ｐｎ）３１、（ｐｎ）３２、（ｐｎ）３３は行選択回路３１からの同一の行選択線ｒ３に接続されている。行選択線ｒ１、ｒ２、ｒ３はそれぞれ、行選択回路３１によって１行ずつ順次選択され、選択された行選択線にはバイアス電圧Ｖｄが印加される。バイアス電圧Ｖｄが印加されると、各定電流源３３に定電流Ｉｆが流れ、ｐｎ接合の順方向電圧Ｖｆが決定される。同一の列に接続されているｐｎ接合のカソード側は、垂直信号線３４に接続されており、その電位はＶｄ−Ｖｆとなる。
【００１６】
ここで、ある時刻ｔ１に、行選択線ｒ１上のｐｎ接合にバイアス電圧Ｖｄが印加される場合、（ｐｎ）１１、（ｐｎ）１２、（ｐｎ）１３はそれぞれ被写体の信号に応じて温度Ｔｐ（ｔ）が異なるため、Ｖｆ、つまりＶｄ−Ｖｆもそれぞれ異なっている。そして、（ｐｎ）１１、（ｐｎ）１２、（ｐｎ）１３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが各垂直信号線３４を通して各カラムアンプに入力され、そこで増幅される。カラムアンプ２０１の出力信号は、垂直選択回路３２によって列ごとに順次読み出され、シリアル信号となってバッファ２０２を経てアナログ検出部から後述するＡＤ変換部４を通ってデジタル処理部５へ送られる。その後の時刻ｔ２には、行選択線ｒ２上のｐｎ接合にバイアス電圧Ｖｄが印加され、（ｐｎ）２１、（ｐｎ）２２、（ｐｎ）２３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが各垂直信号線３４を通して各カラムアンプに入力され、そこで増幅され、垂直選択回路３２によって列ごとに順次読み出され、シリアル信号となってバッファ２０２を経てアナログ検出部から、同様にしてデジタル処理部へ送られる。さらにその後の時刻ｔ３に行選択線ｒ３上のｐｎ接合にバイアス電圧Ｖｄが印加され、（ｐｎ）３１、（ｐｎ）３２、（ｐｎ）３３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが各垂直信号線３４を通して各カラムアンプに入力され、同様にシリアル信号となってバッファ２０２を経てアナログ検出部からデジタル処理部へ送られる。ここで、バッファ２０２は、アナログ検出部からデジタル処理部への信号送信の際のインピーダンスマッチングを行い、アナログ検出部とデジタル処理部の信号の干渉を防止する機能を有する。時間（ｔ３−ｔ１）は、本実施形態の赤外線固体撮像装置の１フレームの時間を表す。
【００１７】
次に、本実施形態による赤外線検出素子部１の感熱画素（ｐｎ）ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３）の構造を図３および図４により説明する。図３は本実施形態による赤外線検出素子部１の中の感熱画素１２の構造を具体的に示す平面図であり、図４は図３示す切断線ＩＶ−ＩＶで切断したときの感熱画素１２の断面図である。感熱画素１２は、ＳＯＩ基板上に形成される。このＳＯＩ基板は、支持基板１７と、埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）１９３と、シリコン単結晶からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ-Ｏｎ-Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層と、を有し、表面部分に凹部１８が形成されている。そして感熱画素１２は、上記ＳＯＩ層に形成された熱電変換部１６１と、熱電変換部１６１を凹部１８の上方に支持する支持構造１６２と、を備えている。熱電変換部１６１は、直列に接続された複数（図３および図４では２個）のｐｎ接合ダイオード１９２と、これらのｐｎ接合ダイオード１９２を接続する配線１９４と、これらのｐｎ接合ダイオード１９２および配線１９４を覆うように形成された赤外線吸収膜１９１とを備えている。支持構造１６２は、一端が対応する行選択線に接続され他端が直列に接続されたｐｎ接合ダイオード１９２からなる直列回路の一端に接続される接続配線１６２ｂと、この接続配線１６２ｂを覆う絶縁膜１６２ａとを備えている。
【００１８】
赤外線吸収膜１９１は入射した赤外線によって発熱する。ダイオード１９２は、赤外線吸収膜１９１で発生した熱を電気信号に変換する。支持構造部１６２は、熱電変換部１６１の周囲を取り巻くように細長く形成されている。これにより、熱電変換部１６１は、ＳＯＩ基板からほぼ断熱された状態でＳＯＩ基板上に支持される。このような中空熱分離構造を有することにより、感熱画素１２は、入射した赤外線に応じて発生した熱を蓄熱し、この熱に基づいた電圧を信号線に出力することができる。行選択線からのバイアス電圧Ｖｄは、配線１６２ｂを介してダイオード１９２へ伝達される。ダイオード１９２のカソード側電圧、すなわち信号電圧は、配線１６２ｂを介して垂直信号線３４（１）、３４（２）、３４（３）に伝達される。
【００１９】
このような構造を有することにより、感熱画素１２は、入射赤外線に応じて発生した熱を蓄熱し、この熱に基づいた電圧を出力することができる。
【００２０】
図５は、第１の実施形態に係る熱電変換部１６１のｐｎ接合ダイオード１９２における電圧と電流の関係を例示する図である。ｐｎ接合ダイオード１９２は、その電圧と電流の関係を順方向特性の領域、すなわち、順方向に供給する電圧を増加させると、電流が増加する特性を示す領域で使用される。そのようなｐｎ接合ダイオード１９２に一定の電流を流し、電圧の変化を計測することにより、赤外線検出素子として機能する。図５に示すように、例えば、赤外線を受光していない時に、一定電流を流した時のｐｎ接合ダイオード１９２のアノードとカソードとの間の電圧をＶｄであったとする。このｐｎ接合ダイオード１９２を覆う赤外線吸収膜１９１に赤外線が入射すると、入射赤外線によって赤外線吸収膜１９１は発熱する。そしてｐｎ接合ダイオード１９２の示すＩ−Ｖ特性が変化する。一定電流を流している条件下において、赤外線入射後におけるｐｎ接合ダイオード１９２のアノード・カソード間の電圧は、例えば、図５に示すように、低電圧側にシフトする。このようにして、熱電変換部におけるｐｎ接合ダイオード１９２は、赤外線吸収膜１９１で発生した熱に伴うｐｎ接合ダイオード１９２の温度変化を電圧変化へ変換する。ｐｎ接合ダイオード１９２のバイアス電流を一定にしておき、その順方向電圧の変化を信号として取り出すことができる。
【００２１】
次に、熱電変換部が熱源から赤外線を受けたときの当該熱電変換部の温度上昇を定量的に考察する。図６は、熱電変換部が熱源からの赤外線を受けたときの当該熱電変換部の温度上昇を模式的に示す図である。図６に示すように、各感熱画素は外部から時間変化する（赤外線）入力を受けている。１つの感熱画素は、ある瞬間の時刻ｓでパルスＴ（ｓ）Δｓ（パルス幅Δｓ、パルスハイトＴ（ｓ）又はデルタ関数Ｔ・δ（ｓ−ｔ））の赤外線を受ける。このようなパルス状の赤外線を受けた感熱画素１２は、応答出力として、Ｔ（ｓ）Δｓ・ｅｘｐ（ｓ−ｔ）の熱を発生する。１つの感熱画素１２で発生した熱は、時間的には指数関数的に減衰するが、赤外線のパルス入力が次々と入ってくるので、同じ感熱画素で過去に発生して減衰した熱も蓄熱される。これを、赤外線固体撮像装置の撮像フレームとの関係で見ると、図７のようになる。図７は、現フレームとその直前フレームにおいて発生した熱が現在の時刻の画像情報に対してする寄与を模式的に表す図である。現フレーム内の情報には、直前の過去のフレームの情報が入っていることになる。図７では、本実施形態に合わせて、１フレーム時間を９個の感熱画素に合わせて、９等分している。現在の時刻ｔ１での熱は、現フレーム内の過去時刻に生じた熱（図７では現フレーム内の情報（１））と過去のフレームにおいて生じた熱（図７では前フレーム内の情報（〜残像情報）（２））からなっている。図７に示すように、現フレームの情報には、前フレームの情報が残像として入っている。
【００２２】
ここで、ある時刻tにおける被写体の温度変化をＴｔ（ｔ）、熱電変換部１６１の温度変化をＴｐ（ｔ）とすると、それらの関係は、次の[数１]
【数１】
で表される。ここで、τは感熱画素の熱時定数であり、通常１０〜１００ｍｓ程度となる。式（１）は被写体温度Ｔｔ（ｔ）を、指数関数で畳み込み積分した結果が熱電変換部１６１の温度Ｔｐ（ｔ）となることを表している。式（１）で表される畳み込み積分は、以下の[数２]に示すように、変形できる。
【数２】
【００２３】
式（２）において、第１項は過去の全フレームからの寄与分にｅｘｐ（−ｔｆ／τ）を掛けたものであり、第２項が現フレーム内の情報である。第１項は、過去のフレームの残像情報である。すなわち、式（２）は、現フレーム情報から全フレーム情報にｅｘｐ（−ｔｆ／τ）を掛けたものを引くことにより、残像情報を取り除くことができることを表している。言い換えると、残像信号は正確に、
【数３】
で表される割合だけ画素に含まれる。過去の時刻からの信号（残像信号）の寄与分も含めて、図７における時間軸に沿って模式的に表すと、図９のようになる。図９は式（１）の積分への寄与、すなわち、図７における時刻ｔ１軸上に描いた各黒丸●及び白丸○を、それぞれに対応する過去の時刻へ展開して描いた模式図である。図９において、斜線を施した部分は、−∞の過去から現在の時刻ｔ１までの被写体（の発する赤外線）情報であり、太線内が、本実施形態で得られる残像を含まない被写体情報である。残像を含まない被写体情報とは、ある画素に着目したときに、前フレームの時刻ｔ１−ｔｆにおける読み出し(1フレーム前)から、現フレームの時刻ｔ１(現在)における読み出しまでに積分された被写体情報ということになる。フレームという概念は、全画素のスキャンが始まってから終わるまでの時間であり、そのなかの選択される時刻は、画素の「位置」によって異なるが、何れの画素からも、時刻（ｔ１−ｔｆ）から時刻ｔ１までに積分された被写体情報が残像を含まない情報として、クリアな赤外線画像の構成に寄与する。
【００２４】
図９において、太線で囲まれた部分以外の斜線を施した部分は、過去のフレームにおける残像情報であり、現フレームが保持している赤外線画像情報の一部を構成している。本実施形態では、この残像情報を取り除くことが可能な赤外線固体撮像装置を提供する。さらに、図９の破線で表した部分は、図８の式（２）の第1項で係数を掛けていない積分、すなわち、式（１）であり、1フレーム前の赤外線画像情報を表している。言い換えると、各フレーム毎に毎回、式（１）で表される画像情報が赤外線検出素子部から出力される。また、式（１）は、ＲＣフィルタ回路に信号電圧Ｖｉｎ（ｔ）を入力したときの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）の表式と同様であり、熱型赤外線センサが熱的にＲＣフィルタ回路とみなせることを意味する。Ｒ(Ｒｔｈと表す)は熱抵抗であり、支持脚１６２が細く、長いほど大きな値となる。Ｃ(Ｃｔｈと表す)は熱容量に対応し、熱電変換部１６１の体積が大きいほど大きな値となる。熱時定数τはτ＝Ｒｔｈ・Ｃｔｈと表される。
【００２５】
次に、デジタル信号処理部５の機能について説明する。図１０は、第１の実施形態に係るデジタル信号処理部５の構成を示す図である。赤外線検出素子部１から出力されたシリアル信号は、ＡＤ変換器４にてアナログｔｏデジタル変換され、画像信号となる。以下、行ｙ、列ｘ, フレーム番号iの画像値をＡ（ｉ，ｘ，ｙ）で表すことにする。
【００２６】
画像値は、デジタル信号処理部５内に入力される。デジタル信号処理部５はフレームメモリ４１と、定数乗算部４２と、減算器４３と、定数乗算部４４からなる。フレームメモリ４１には、前フレームの画像値Ａ（ｉ−１，ｘ，ｙ）を前フレームの段階でメモリしている。定数乗算部４２でこの値に予め定められた任意の乗数αを乗算する。この乗数αは残像低減率を表し、1つの感熱画素がαｔｈ＝３０％の残像信号を生ずる場合、例えばα＝２０％(０．２)と設定すれば、残像を正確に０．３−０．２＝０．１ （１０％）に低減することになる。現フレームの画像値Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）は、減算部４３にてαＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）が減算され、その結果Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）−αＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）が出力される。ここで、例えばＡ（ｉ，ｘ，ｙ）＝１００、Ａ（ｉ−１，ｘ，ｙ）＝１００, α＝２０％のとき、Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）−αＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）の計算結果は８０となり、残像低減を行わない場合よりも低くなる。輝度を調整するために定数乗算部４４で定数１／（１−α）が乗算される。これはα＝２０％のとき１．２５となり、前述の計算結果８０は８０×１．２５＝１００に復元される。結果的に、Ａ｀（ｉ，ｘ，ｙ）＝{１／（１−α）}×{Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）−αＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）}が残像低減後の画像値として出力される。
【００２７】
赤外線検出素子部１は、非常に強い赤外線により被写体を撮像しているときも、熱電変換部１６１の温度上昇は微小であるため、熱時定数τは常に一定である。すなわち残像信号は一定であり、予めαを全画素に対して一様に設定しておいても殆ど問題が発生しない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば簡便な手段で、被写体からの信号にかかわらず効果的に残像信号を低減することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
可視光センサであるＣＭＯＳイメージセンサでは、フォトダイオードに蓄積した信号電荷を電気的にリセットすることによって、非撮像時の信号レベル(ダークレベル)を各画素ごとに出力し、ダークレベルの画素間ばらつきを補正することができる。しかし熱型赤外線検出素子部では、各感熱画素は常に何らかの被写体温度信号を反映しており、メカニカル・シャッタによる物理的な遮光動作を行わないと熱的なダークレベルを取得できない。特に熱型赤外線検出素子部の各感熱画素は、ダークレベルの各感熱画素間ばらつきが、被写体温度信号よりも数桁大きいため、ダークレベル補正が必須となっている。
【００３０】
上記のメカニカル・シャッタによる遮光動作中は被写体からの情報が途切れるため、連続撮像が求められるアプリケーションにおいては、遮光動作は短ければ短いほどよい。
【００３１】
また、ダークレベルを取得するためには電気的なランダム・ノイズを平均化し、ダークレベル画像(固定したパターンの画像)の精度を上げる必要があり、このためには、数フレーム〜数１０フレームにわたり平均化を行う。これらの平均化のための数フレーム〜数１０フレームを平均化フレーム群という。
【００３２】
ここで、遮光が始まってから数フレームは、上述のように被写体情報の残像が顕著になる。これらの残像情報が残存したフレームが上記平均化フレーム群に含まれると、ダークレベル画像の中に被写体信号の残像画像が残るため、補正後にこのときのこの被写体信号の残像画像が焼きつくことになる。
【００３３】
そこで、シャッタを閉じている間のフレームにおいては、定数αをちょうど画素の熱容量と熱抵抗の積から式（３）にもとづいて決定されるαthとすることによって、そのような被写体信号の影響をなくすことができる。すなわち、残像をちょうど0%まで低減するができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、メカニカル・シャッタによる遮光動作期間に残存する被写体信号を完全に除去することで、メカニカル・シャッタによる遮光動作期間を短縮することができ、被写体からの信号にかかわらず効果的に残像信号を低減することができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明の実施の形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１ ・・・赤外線検出素子部
４ ・・・ＡＤ変換器
５ ・・・デジタル信号処理部
１２ ・・・感熱画素
１７ ・・・支持基板
１８ ・・・凹部
３１ ・・・行選択回路
３２ ・・・カラムアンプ
３４ ・・・垂直信号線
４１ ・・・フレームメモリ
４２ ・・・定数乗算部
４３ ・・・減算器
４４ ・・・定数乗算部
４５ ・・・出力
１６１・・・熱電変換部
１６２・・・支持構造
１６２ａ・・・絶縁膜
１６２ｂ・・・接続配線
１９１・・・赤外線吸収膜
１９３・・・埋め込み絶縁層
１９２・・・ｐｎ接合ダイオード
１９４・・・配線
２０１・・・カラムアンプ
２０２・・・バッファ
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線は、暗闇においても対象物の温度分布の撮像を可能ならしめるものであり、また可視光よりも煙、霧に対して透過性が高いという特長を有するので、赤外線撮像は、昼夜にかかわらず可能である。また、赤外線撮像は、被写体の温度情報をも得ることができるので、防衛分野をはじめ監視カメラや火災検知カメラのように広い応用範囲を有する。
【０００３】
近年、冷却機構を必要としない「非冷却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきている。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像装置は、波長１０μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化をなんらかの熱電変換手段により電気信号に変換する。非冷却型の赤外線固体撮像装置は、この電気信号を読み出すことで赤外線画像情報を得る。ここで、入射赤外線を熱に変換する際に、入射赤外線の吸収構造を基板から断熱する必要があり、通常熱型の赤外線固体撮像素子は真空中で動作させる。
【０００４】
赤外線センサの性能をあらわす指標のひとつは、赤外線センサの温度分解能を表現するＮＥＴＤ（Ｎｏｉｓｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（等価雑音温度差））である。ＮＥＴＤを小さくすること、すなわち、雑音に相当する赤外線検出素子の温度差を小さくすることが重要である。また、熱型の赤外線検出素子は光を温度に変える際に、一定の熱時定数をもち、高速に変化する被写体には追従できない。画素の感度と熱時定数は二律背反の関係にあり、感度を向上するために断熱性を上げると、熱が逃げにくくなるため熱時定数も悪化する。すなわち、熱時定数の悪化により、残像を含む赤外線画像しか得られないことになる。
【０００５】
特許文献１には、Ｘ線検査装置において、残像の減衰率ｒを算出し、今回計測された出力信号の（１＋ｒ）倍から１回前に計測された出力信号のｒ倍を減算することによって残像の補正をおこなう方法が記載されている。この場合、今回計測された出力信号のうち、減算される1回前に計測された出力信号の割合はｒ／（１＋ｒ）となり、実際に含まれる残像ｒよりも少なくなってしまう欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開特許公報２００３−５２６８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、画像処理によって、残像の少ない赤外線画像を可能にする赤外線固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
感熱画素からなる赤外線検出素子部と、前記赤外線検出素子部により得られた赤外線の画像信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル信号に変換された画像信号を処理するデジタル信号処理部からなる赤外線固体撮像装置を提供する。前記デジタル信号処理部が、現フレームの直前フレームの取得画像値を記憶し、現フレームの取得画像値から、前記直前フレームの取得画像値に対し予め定めた０から１の間の定数αを乗算した画像値を減算し、さらに減算した画像値を１／（１−α）倍する処理をすることにより、残像の少ない赤外線画像を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る赤外線固体撮像装置の構成を示す概略図。
【図２】第１の実施形態に係る赤外線検出素子部の構成を示す図
【図３】第１の実施形態に係る赤外線検出素子部の感熱画素の具体的な構成を示す図
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿って紙面に垂直に切断した場合の断面図
【図５】第１の実施形態に係る赤外線検出素子部の感熱画素の熱電変換部におけるｐｎダイオードの電圧・電流の関係を例示する図
【図６】熱電変換部が熱源からのパルス状の赤外線を受けたときの当該熱電変換部の温度上昇を模式的に示す図
【図７】現フレームとその直前フレームにおいて発生した熱が現在の時刻における画像情報に対する寄与を模式的に表す図
【図８】現フレームにおける過去の残像情報を対応する過去の時刻へ展開して描いた模式図
【図９】第１の実施形態に係るデジタル信号処理部５の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態に係る赤外線固体撮像装置の構成を示す。本赤外線固体撮像装置は、図１左部に示す赤外線検出素子部（アナログ検出部）１と、図１右部に示すＡＤ変換部４及びデジタル信号処理部５からなる。赤外線検出素子部（アナログ検出部）１により、外部から赤外線検出素子部１に入射した赤外線が検出され、検出された赤外線のアナログ電気信号（画像信号）は、ＡＤ変換部４に送られ、ＡＤ変換部４によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号はデジタル信号処理部５に送られ、そこで各フレーム毎の画像値（赤外線画像のデジタル信号）からその直前フレームの画像値に定数を乗算した値を減算して、残像低減処理を行う。
【００１２】
図２に赤外線検出素子部１の具体的な構成例を示す。この赤外線検出素子部１は、マトリックス状に配置した複数の感熱画素（ｐｎ）ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３）からなる撮像領域、行選択回路３１、カラムアンプ２０１、垂直択回路３２、及びバッファ２０３を含んでいる。
【００１３】
本実施形態においては、撮像領域は、一例として、３×３のマトリックス状に配置された感熱画素（ダイオード等）からなり、各感熱画素は赤外線に対する感度を有する。撮像領域を３×３のマトリックス状としたのは、本実施形態の赤外線固体撮像装置の動作に関する説明を簡単にするためであり、通常撮像領域はｍ×ｎのマトリックスに配置されたより多くの感熱画素からなる。各感熱画素は、例えばｐｎ接合ダイオードを少なくとも１個備えている。図２では、各感熱画素が1個のｐｎ接合ダイオードから構成されている場合を例示している。
【００１４】
次に、図２に示す３×３のマトリックス状に配置された感熱画素であるｐｎ接合ダイオードの読出し動作について説明する。
【００１５】
同じ行の感熱画素であるｐｎ接合のアノード側は、行選択回路３１に同一配線で接続されている。図２では、例えば（ｐｎ）１１、（ｐｎ）１２、（ｐｎ）１３は行選択回路３１からの同一の行選択線ｒ１に接続されている。（ｐｎ）２１、（ｐｎ）２２、（ｐｎ）２３は行選択回路３１からの同一の行選択線ｒ２に接続され、（ｐｎ）３１、（ｐｎ）３２、（ｐｎ）３３は行選択回路３１からの同一の行選択線ｒ３に接続されている。行選択線ｒ１、ｒ２、ｒ３はそれぞれ、行選択回路３１によって１行ずつ順次選択され、選択された行選択線にはバイアス電圧Ｖｄが印加される。バイアス電圧Ｖｄが印加されると、各定電流源３３に定電流Ｉｆが流れ、ｐｎ接合の順方向電圧Ｖｆが決定される。同一の列に接続されているｐｎ接合のカソード側は、垂直信号線３４に接続されており、その電位はＶｄ−Ｖｆとなる。
【００１６】
ここで、ある時刻ｔ１に、行選択線ｒ１上のｐｎ接合にバイアス電圧Ｖｄが印加される場合、（ｐｎ）１１、（ｐｎ）１２、（ｐｎ）１３はそれぞれ被写体の信号に応じて温度Ｔｐ（ｔ）が異なるため、Ｖｆ、つまりＶｄ−Ｖｆもそれぞれ異なっている。そして、（ｐｎ）１１、（ｐｎ）１２、（ｐｎ）１３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが各垂直信号線３４を通して各カラムアンプに入力され、そこで増幅される。カラムアンプ２０１の出力信号は、垂直選択回路３２によって列ごとに順次読み出され、シリアル信号となってバッファ２０２を経てアナログ検出部から後述するＡＤ変換部４を通ってデジタル処理部５へ送られる。その後の時刻ｔ２には、行選択線ｒ２上のｐｎ接合にバイアス電圧Ｖｄが印加され、（ｐｎ）２１、（ｐｎ）２２、（ｐｎ）２３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが各垂直信号線３４を通して各カラムアンプに入力され、そこで増幅され、垂直選択回路３２によって列ごとに順次読み出され、シリアル信号となってバッファ２０２を経てアナログ検出部から、同様にしてデジタル処理部へ送られる。さらにその後の時刻ｔ３に行選択線ｒ３上のｐｎ接合にバイアス電圧Ｖｄが印加され、（ｐｎ）３１、（ｐｎ）３２、（ｐｎ）３３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが各垂直信号線３４を通して各カラムアンプに入力され、同様にシリアル信号となってバッファ２０２を経てアナログ検出部からデジタル処理部へ送られる。ここで、バッファ２０２は、アナログ検出部からデジタル処理部への信号送信の際のインピーダンスマッチングを行い、アナログ検出部とデジタル処理部の信号の干渉を防止する機能を有する。時間（ｔ３−ｔ１）は、本実施形態の赤外線固体撮像装置の１フレームの時間を表す。
【００１７】
次に、本実施形態による赤外線検出素子部１の感熱画素（ｐｎ）ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３）の構造を図３および図４により説明する。図３は本実施形態による赤外線検出素子部１の中の感熱画素１２の構造を具体的に示す平面図であり、図４は図３示す切断線ＩＶ−ＩＶで切断したときの感熱画素１２の断面図である。感熱画素１２は、ＳＯＩ基板上に形成される。このＳＯＩ基板は、支持基板１７と、埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）１９３と、シリコン単結晶からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ-Ｏｎ-Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層と、を有し、表面部分に凹部１８が形成されている。そして感熱画素１２は、上記ＳＯＩ層に形成された熱電変換部１６１と、熱電変換部１６１を凹部１８の上方に支持する支持構造１６２と、を備えている。熱電変換部１６１は、直列に接続された複数（図３および図４では２個）のｐｎ接合ダイオード１９２と、これらのｐｎ接合ダイオード１９２を接続する配線１９４と、これらのｐｎ接合ダイオード１９２および配線１９４を覆うように形成された赤外線吸収膜１９１とを備えている。支持構造１６２は、一端が対応する行選択線に接続され他端が直列に接続されたｐｎ接合ダイオード１９２からなる直列回路の一端に接続される接続配線１６２ｂと、この接続配線１６２ｂを覆う絶縁膜１６２ａとを備えている。
【００１８】
赤外線吸収膜１９１は入射した赤外線によって発熱する。ダイオード１９２は、赤外線吸収膜１９１で発生した熱を電気信号に変換する。支持構造部１６２は、熱電変換部１６１の周囲を取り巻くように細長く形成されている。これにより、熱電変換部１６１は、ＳＯＩ基板からほぼ断熱された状態でＳＯＩ基板上に支持される。このような中空熱分離構造を有することにより、感熱画素１２は、入射した赤外線に応じて発生した熱を蓄熱し、この熱に基づいた電圧を信号線に出力することができる。行選択線からのバイアス電圧Ｖｄは、配線１６２ｂを介してダイオード１９２へ伝達される。ダイオード１９２のカソード側電圧、すなわち信号電圧は、配線１６２ｂを介して垂直信号線３４（１）、３４（２）、３４（３）に伝達される。
【００１９】
このような構造を有することにより、感熱画素１２は、入射赤外線に応じて発生した熱を蓄熱し、この熱に基づいた電圧を出力することができる。
【００２０】
図５は、第１の実施形態に係る熱電変換部１６１のｐｎ接合ダイオード１９２における電圧と電流の関係を例示する図である。ｐｎ接合ダイオード１９２は、その電圧と電流の関係を順方向特性の領域、すなわち、順方向に供給する電圧を増加させると、電流が増加する特性を示す領域で使用される。そのようなｐｎ接合ダイオード１９２に一定の電流を流し、電圧の変化を計測することにより、赤外線検出素子として機能する。図５に示すように、例えば、赤外線を受光していない時に、一定電流を流した時のｐｎ接合ダイオード１９２のアノードとカソードとの間の電圧をＶｄであったとする。このｐｎ接合ダイオード１９２を覆う赤外線吸収膜１９１に赤外線が入射すると、入射赤外線によって赤外線吸収膜１９１は発熱する。そしてｐｎ接合ダイオード１９２の示すＩ−Ｖ特性が変化する。一定電流を流している条件下において、赤外線入射後におけるｐｎ接合ダイオード１９２のアノード・カソード間の電圧は、例えば、図５に示すように、低電圧側にシフトする。このようにして、熱電変換部におけるｐｎ接合ダイオード１９２は、赤外線吸収膜１９１で発生した熱に伴うｐｎ接合ダイオード１９２の温度変化を電圧変化へ変換する。ｐｎ接合ダイオード１９２のバイアス電流を一定にしておき、その順方向電圧の変化を信号として取り出すことができる。
【００２１】
次に、熱電変換部が熱源から赤外線を受けたときの当該熱電変換部の温度上昇を定量的に考察する。図６は、熱電変換部が熱源からの赤外線を受けたときの当該熱電変換部の温度上昇を模式的に示す図である。図６に示すように、各感熱画素は外部から時間変化する（赤外線）入力を受けている。１つの感熱画素は、ある瞬間の時刻ｓでパルスＴ（ｓ）Δｓ（パルス幅Δｓ、パルスハイトＴ（ｓ）又はデルタ関数Ｔ・δ（ｓ−ｔ））の赤外線を受ける。このようなパルス状の赤外線を受けた感熱画素１２は、応答出力として、Ｔ（ｓ）Δｓ・ｅｘｐ（ｓ−ｔ）の熱を発生する。１つの感熱画素１２で発生した熱は、時間的には指数関数的に減衰するが、赤外線のパルス入力が次々と入ってくるので、同じ感熱画素で過去に発生して減衰した熱も蓄熱される。これを、赤外線固体撮像装置の撮像フレームとの関係で見ると、図７のようになる。図７は、現フレームとその直前フレームにおいて発生した熱が現在の時刻の画像情報に対してする寄与を模式的に表す図である。現フレーム内の情報には、直前の過去のフレームの情報が入っていることになる。図７では、本実施形態に合わせて、１フレーム時間を９個の感熱画素に合わせて、９等分している。現在の時刻ｔ１での熱は、現フレーム内の過去時刻に生じた熱（図７では現フレーム内の情報（１））と過去のフレームにおいて生じた熱（図７では前フレーム内の情報（〜残像情報）（２））からなっている。図７に示すように、現フレームの情報には、前フレームの情報が残像として入っている。
【００２２】
ここで、ある時刻tにおける被写体の温度変化をＴｔ（ｔ）、熱電変換部１６１の温度変化をＴｐ（ｔ）とすると、それらの関係は、次の[数１]
【数１】
で表される。ここで、τは感熱画素の熱時定数であり、通常１０〜１００ｍｓ程度となる。式（１）は被写体温度Ｔｔ（ｔ）を、指数関数で畳み込み積分した結果が熱電変換部１６１の温度Ｔｐ（ｔ）となることを表している。式（１）で表される畳み込み積分は、以下の[数２]に示すように、変形できる。
【数２】
【００２３】
式（２）において、第１項は過去の全フレームからの寄与分にｅｘｐ（−ｔｆ／τ）を掛けたものであり、第２項が現フレーム内の情報である。第１項は、過去のフレームの残像情報である。すなわち、式（２）は、現フレーム情報から全フレーム情報にｅｘｐ（−ｔｆ／τ）を掛けたものを引くことにより、残像情報を取り除くことができることを表している。言い換えると、残像信号は正確に、
【数３】
で表される割合だけ画素に含まれる。過去の時刻からの信号（残像信号）の寄与分も含めて、図７における時間軸に沿って模式的に表すと、図９のようになる。図９は式（１）の積分への寄与、すなわち、図７における時刻ｔ１軸上に描いた各黒丸●及び白丸○を、それぞれに対応する過去の時刻へ展開して描いた模式図である。図９において、斜線を施した部分は、−∞の過去から現在の時刻ｔ１までの被写体（の発する赤外線）情報であり、太線内が、本実施形態で得られる残像を含まない被写体情報である。残像を含まない被写体情報とは、ある画素に着目したときに、前フレームの時刻ｔ１−ｔｆにおける読み出し(1フレーム前)から、現フレームの時刻ｔ１(現在)における読み出しまでに積分された被写体情報ということになる。フレームという概念は、全画素のスキャンが始まってから終わるまでの時間であり、そのなかの選択される時刻は、画素の「位置」によって異なるが、何れの画素からも、時刻（ｔ１−ｔｆ）から時刻ｔ１までに積分された被写体情報が残像を含まない情報として、クリアな赤外線画像の構成に寄与する。
【００２４】
図９において、太線で囲まれた部分以外の斜線を施した部分は、過去のフレームにおける残像情報であり、現フレームが保持している赤外線画像情報の一部を構成している。本実施形態では、この残像情報を取り除くことが可能な赤外線固体撮像装置を提供する。さらに、図９の破線で表した部分は、図８の式（２）の第1項で係数を掛けていない積分、すなわち、式（１）であり、1フレーム前の赤外線画像情報を表している。言い換えると、各フレーム毎に毎回、式（１）で表される画像情報が赤外線検出素子部から出力される。また、式（１）は、ＲＣフィルタ回路に信号電圧Ｖｉｎ（ｔ）を入力したときの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）の表式と同様であり、熱型赤外線センサが熱的にＲＣフィルタ回路とみなせることを意味する。Ｒ(Ｒｔｈと表す)は熱抵抗であり、支持脚１６２が細く、長いほど大きな値となる。Ｃ(Ｃｔｈと表す)は熱容量に対応し、熱電変換部１６１の体積が大きいほど大きな値となる。熱時定数τはτ＝Ｒｔｈ・Ｃｔｈと表される。
【００２５】
次に、デジタル信号処理部５の機能について説明する。図１０は、第１の実施形態に係るデジタル信号処理部５の構成を示す図である。赤外線検出素子部１から出力されたシリアル信号は、ＡＤ変換器４にてアナログｔｏデジタル変換され、画像信号となる。以下、行ｙ、列ｘ, フレーム番号iの画像値をＡ（ｉ，ｘ，ｙ）で表すことにする。
【００２６】
画像値は、デジタル信号処理部５内に入力される。デジタル信号処理部５はフレームメモリ４１と、定数乗算部４２と、減算器４３と、定数乗算部４４からなる。フレームメモリ４１には、前フレームの画像値Ａ（ｉ−１，ｘ，ｙ）を前フレームの段階でメモリしている。定数乗算部４２でこの値に予め定められた任意の乗数αを乗算する。この乗数αは残像低減率を表し、1つの感熱画素がαｔｈ＝３０％の残像信号を生ずる場合、例えばα＝２０％(０．２)と設定すれば、残像を正確に０．３−０．２＝０．１ （１０％）に低減することになる。現フレームの画像値Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）は、減算部４３にてαＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）が減算され、その結果Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）−αＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）が出力される。ここで、例えばＡ（ｉ，ｘ，ｙ）＝１００、Ａ（ｉ−１，ｘ，ｙ）＝１００, α＝２０％のとき、Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）−αＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）の計算結果は８０となり、残像低減を行わない場合よりも低くなる。輝度を調整するために定数乗算部４４で定数１／（１−α）が乗算される。これはα＝２０％のとき１．２５となり、前述の計算結果８０は８０×１．２５＝１００に復元される。結果的に、Ａ｀（ｉ，ｘ，ｙ）＝{１／（１−α）}×{Ａ（ｉ，ｘ，ｙ）−αＡ（ｉ−１，ｘ，ｙ）}が残像低減後の画像値として出力される。
【００２７】
赤外線検出素子部１は、非常に強い赤外線により被写体を撮像しているときも、熱電変換部１６１の温度上昇は微小であるため、熱時定数τは常に一定である。すなわち残像信号は一定であり、予めαを全画素に対して一様に設定しておいても殆ど問題が発生しない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば簡便な手段で、被写体からの信号にかかわらず効果的に残像信号を低減することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
可視光センサであるＣＭＯＳイメージセンサでは、フォトダイオードに蓄積した信号電荷を電気的にリセットすることによって、非撮像時の信号レベル(ダークレベル)を各画素ごとに出力し、ダークレベルの画素間ばらつきを補正することができる。しかし熱型赤外線検出素子部では、各感熱画素は常に何らかの被写体温度信号を反映しており、メカニカル・シャッタによる物理的な遮光動作を行わないと熱的なダークレベルを取得できない。特に熱型赤外線検出素子部の各感熱画素は、ダークレベルの各感熱画素間ばらつきが、被写体温度信号よりも数桁大きいため、ダークレベル補正が必須となっている。
【００３０】
上記のメカニカル・シャッタによる遮光動作中は被写体からの情報が途切れるため、連続撮像が求められるアプリケーションにおいては、遮光動作は短ければ短いほどよい。
【００３１】
また、ダークレベルを取得するためには電気的なランダム・ノイズを平均化し、ダークレベル画像(固定したパターンの画像)の精度を上げる必要があり、このためには、数フレーム〜数１０フレームにわたり平均化を行う。これらの平均化のための数フレーム〜数１０フレームを平均化フレーム群という。
【００３２】
ここで、遮光が始まってから数フレームは、上述のように被写体情報の残像が顕著になる。これらの残像情報が残存したフレームが上記平均化フレーム群に含まれると、ダークレベル画像の中に被写体信号の残像画像が残るため、補正後にこのときのこの被写体信号の残像画像が焼きつくことになる。
【００３３】
そこで、シャッタを閉じている間のフレームにおいては、定数αをちょうど画素の熱容量と熱抵抗の積から式（３）にもとづいて決定されるαthとすることによって、そのような被写体信号の影響をなくすことができる。すなわち、残像をちょうど0%まで低減するができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、メカニカル・シャッタによる遮光動作期間に残存する被写体信号を完全に除去することで、メカニカル・シャッタによる遮光動作期間を短縮することができ、被写体からの信号にかかわらず効果的に残像信号を低減することができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本発明の実施の形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１ ・・・赤外線検出素子部
４ ・・・ＡＤ変換器
５ ・・・デジタル信号処理部
１２ ・・・感熱画素
１７ ・・・支持基板
１８ ・・・凹部
３１ ・・・行選択回路
３２ ・・・カラムアンプ
３４ ・・・垂直信号線
４１ ・・・フレームメモリ
４２ ・・・定数乗算部
４３ ・・・減算器
４４ ・・・定数乗算部
４５ ・・・出力
１６１・・・熱電変換部
１６２・・・支持構造
１６２ａ・・・絶縁膜
１６２ｂ・・・接続配線
１９１・・・赤外線吸収膜
１９３・・・埋め込み絶縁層
１９２・・・ｐｎ接合ダイオード
１９４・・・配線
２０１・・・カラムアンプ
２０２・・・バッファ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感熱画素からなる赤外線検出素子部と、前記赤外線検出素子部により得られた赤外線の画像信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル信号に変換された画像信号を処理するデジタル信号処理部からなり、前記デジタル信号処理部は、現フレームの直前フレームの取得画像値を記憶し、現フレームの取得画像値から、前記直前フレームの取得画像値に対し予め定めた０から１の間の定数αを乗算した画像値を減算し、さらに減算した画像値を１／（１−α）倍する処理をすることを特徴とする赤外線固体撮像装置。
【請求項２】
赤外線吸収膜と、熱電変換部と、該熱電変換部を前記半導体基板内部に形成される中空熱分離構造上に支持するための支持構造とにより構成され、前記支持構造には前記熱電変換部からの信号を読み出すための配線が含まれており、前記配線が前記行選択線および信号線に接続される感熱画素と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
メカニカル・シャッタを有し、前記メカニカル・シャッタを閉じている間のフレームにおいては、前記定数αを、前記感熱画素の熱容量と熱抵抗の積から以下の式にもとづいて決定されるαthとする、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
( ここで、ｔfはフレーム周期、Ｒthは熱抵抗、Ｃthは熱容量である)
【請求項１】
感熱画素からなる赤外線検出素子部と、前記赤外線検出素子部により得られた赤外線の画像信号をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器と、デジタル信号に変換された画像信号を処理するデジタル信号処理部からなり、前記デジタル信号処理部は、現フレームの直前フレームの取得画像値を記憶し、現フレームの取得画像値から、前記直前フレームの取得画像値に対し予め定めた０から１の間の定数αを乗算した画像値を減算し、さらに減算した画像値を１／（１−α）倍する処理をすることを特徴とする赤外線固体撮像装置。
【請求項２】
赤外線吸収膜と、熱電変換部と、該熱電変換部を前記半導体基板内部に形成される中空熱分離構造上に支持するための支持構造とにより構成され、前記支持構造には前記熱電変換部からの信号を読み出すための配線が含まれており、前記配線が前記行選択線および信号線に接続される感熱画素と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線固体撮像装置。
【請求項３】
メカニカル・シャッタを有し、前記メカニカル・シャッタを閉じている間のフレームにおいては、前記定数αを、前記感熱画素の熱容量と熱抵抗の積から以下の式にもとづいて決定されるαthとする、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
( ここで、ｔfはフレーム周期、Ｒthは熱抵抗、Ｃthは熱容量である)
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８８１９２（Ｐ２０１３−８８１９２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７２０８（Ｐ２０１１−２２７２０８）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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