(57)【要約】【課題】センサが検出した検出強度の読み出し精度を向上させる。【解決手段】読み出し回路１０は、検出強度に応じて抵抗が変化するセンサ２０に接続されたノードＮ１１と、ノードＮ１２との間に接続された入力トランジスタ１１と、ノードＮ１２に接続され、蓄積した電荷を放出して、ノードＮ１２と入力トランジスタ１１とノードＮ１１とを通る電流経路Ｌを介してセンサ２０に電流を流す容量素子１２と、容量素子１２に電荷を蓄積する充電回路１３と、容量素子１２が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子１４と、ノードＮ１１から電流経路Ｌを流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路１５と、を有する。【選択図】図１
2011087169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出強度に応じて抵抗が変化するセンサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、
前記第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、前記第２のノードと前記入力トランジスタと前記第１のノードとを通る電流経路を介して前記センサに電流を流す容量素子と、
前記容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、
前記容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、
前記第１のノードから前記電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、
を有することを特徴とする読み出し回路。
【請求項２】
前記第２のノードを介して前記電流経路に所定の電流を流す電流発生回路を有することを特徴とする請求項１に記載の読み出し回路。
【請求項３】
前記所定の電流は、前記電流引き抜き回路により引き抜かれる前記電流の一部の大きさに対応していることを特徴とする請求項２に記載の読み出し回路。
【請求項４】
前記読み出し回路は、さらに、第１の電源と、前記第１の電源よりも電位が高い第２の電源とを有し、
前記電流引き抜き回路は、前記第１のノードと前記第１の電源との間に接続され、制御電極が制御用信号線に接続された電流引き抜き用トランジスタを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の読み出し回路。
【請求項５】
前記電流発生回路は、
前記第２のノードと前記第２の電源との間に接続され、制御電極が第３のノードに接続された第１のトランジスタと、
前記第３のノードと前記第２の電源との間に接続され、制御電極が前記第３のノードに接続された第２のトランジスタと、
前記第３のノードと前記第１の電源との間に接続され、制御電極が前記制御用信号線に接続された第３のトランジスタとを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の読み出し回路。
【請求項６】
前記センサは、光の強さを検出する光センサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の読み出し回路。
【請求項７】
検出強度に応じて抵抗が変化するセンサと、
前記センサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、前記第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、前記第２のノードと前記入力トランジスタと前記第１のノードとを通る電流経路を介して前記センサに電流を流す容量素子と、前記容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、前記容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、前記第１のノードから前記電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、を備える読み出し回路と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項８】
入射した光の強さに応じて抵抗が変化するセンサと、
前記センサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、前記第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、前記第２のノードと前記入力トランジスタと前記第１のノードとを通る電流経路を介して前記センサに電流を流す容量素子と、前記容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、前記容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、前記第１のノードから前記電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、を備える読み出し回路と、
前記出力端子から出力される前記電圧に基づいて画像データを生成する回路と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサから信号を読み出す読み出し回路、この読み出し回路を有する検出装置、及び、この読み出し回路を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサの一つとして、例えば、入射光の強さに応じて抵抗が変化する光センサが存在する。このセンサから入射光の強さを電気信号として読み出す読み出し回路の一つとして、蓄積した電荷を放出してセンサに電流を流す容量素子と、容量素子が蓄積した電荷の量に応じた電圧を出力する出力端子とを有する読み出し回路が存在する。
【０００３】
この読み出し回路では、まず、容量素子が充電され、次に、容量素子に蓄積された電荷が放出されてセンサに電流が流れる。一定時間経過した後、容量素子からの電荷の放出が止まり、容量素子に残っている電荷の量に応じた電圧が出力端子から出力される。
【０００４】
この読み出し回路では、入射光の強さに応じてセンサの抵抗が変化するため、容量素子がセンサに流す電流の量、即ち、容量素子から放出される電荷の量も入射光の強さに応じて変化する。つまり、容量素子に残っている電荷の量が入射光の強さに応じて変化する。このため、出力端子からは、入射光の強さに応じた電圧信号が出力される。このようにして、センサが検出した入射光の強さが電気信号として読み出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２０１４８号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６８９７号公報
【特許文献３】特開２００７−２９５２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサの小型化が進んだ場合、センサに流れる電流が微小となり、これにより、入射光の強さの違いによる出力電圧の差が小さくなり、センサが検出する入射光の強さを、電気信号として読み出す精度が低下してしまう可能性があった。また、この課題は、光センサに限定されるものではなく、他の種類のセンサにおいても同様に発生する可能性があった。
【０００７】
このような点に鑑み、センサが検出した検出強度の読み出し精度を向上させた、読み出し回路、検出装置、及び、撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために以下のような読み出し回路が提供される。
この読み出し回路は、検出強度に応じて抵抗が変化するセンサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、第２のノードと入力トランジスタと第１のノードとを通る電流経路を介してセンサに電流を流す容量素子と、容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、第１のノードから電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
開示の読み出し回路によれば、センサが検出した検出強度の読み出し精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る読み出し回路の一例を示す回路図。
【図２】比較例の読み出し回路を示す回路図。
【図３】センサの動作点を示す図。
【図４】第２の実施形態に係る読み出し回路の一例を示す回路図。
【図５】第３の実施形態に係る赤外線撮像装置の一例を示す図。
【図６】第３の実施形態に係る赤外線撮像素子の一例を示す回路図。
【図７】第３の実施形態に係る赤外線撮像素子の一例を示す構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る読み出し回路の一例を示す回路図である。
【００１２】
第１の実施形態に係る読み出し回路１０は、センサ２０に接続された入力トランジスタ１１と、センサ２０に電流を流す容量素子１２と、容量素子１２に電荷を蓄積する充電回路１３と、容量素子１２が蓄積する電荷に応じた電圧を出力する出力端子１４とを有する。さらに、読み出し回路１０は、電流引き抜き回路１５と電流発生回路１６とを有する。
【００１３】
入力トランジスタ１１は、検出強度に応じて抵抗が変化するセンサ２０に接続されたノードＮ１１と、ノードＮ１２との間に接続されている。入力トランジスタ１１は、ノードＮ１１とノードＮ１２との間の通電状態を制御する。
【００１４】
入力トランジスタ１１は、例えば、ＭＯＳ(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳトランジスタと称す）である。ここでは、ソース電極がノードＮ１１側に接続され、ドレイン電極がノードＮ１２側に接続され、ゲート電極が制御用信号線Ｖｉｇに接続されている。制御用信号線Ｖｉｇには、図示しない駆動回路から制御用信号が供給される。
【００１５】
センサ２０は、例えば、入射光の強さに応じて抵抗が変化する光センサである。センサ２０と読み出し回路１０とは、例えば、個別の半導体チップで構成されている。センサ２０と読み出し回路１０とが組み合わされて検出装置が構成される。なお、センサ２０には例えば、光センサの他、磁気センサ、音声センサ、加速度センサ、圧力センサ、振動センサ等を適用することも可能である。
【００１６】
容量素子１２は、ノードＮ１２に接続され、蓄積した電荷を放出して、ノードＮ１２と入力トランジスタ１１とノードＮ１１とを通る電流経路Ｌを介してセンサ２０に電流を流す。電流引き抜き回路１５は、ノードＮ１１から電流経路Ｌを流れる電流の一部を引き抜く。電流発生回路１６は、ノードＮ１２を介して電流経路Ｌに所定の電流を流す。
【００１７】
次に、読み出し回路１０の動作について説明する。
まず、充電回路１３が容量素子１２に電荷を蓄積する。このとき、入力トランジスタ１１はＯＦＦしており、センサ２０及び電流引き抜き回路１５には電流は流れていない。
【００１８】
次に、制御用信号線Ｖｉｇに供給された制御信号により入力トランジスタ１１がＯＮし、容量素子１２が、蓄積した電荷を放出して、電流経路Ｌに電流Ｉを流す。このとき、電流発生回路１６もノードＮ１２から電流経路Ｌに電流Ｉ+を流す。即ち、電流経路Ｌには、Ｉ＋Ｉ+の電流が流れる。さらに、電流引き抜き回路１５が、電流経路Ｌに流れる電流の一部Ｉ+を引き抜く。これにより、センサ２０には、電流経路Ｌに流れる電流Ｉ＋Ｉ+から、電流引き抜き回路１５が引き抜いた電流Ｉ+を差し引いた電流Ｉが流れる。
【００１９】
一定時間経過後、制御用信号線Ｖｉｇに供給された制御信号により入力トランジスタ１１がＯＦＦし、容量素子１２に残っている電荷の量に応じた電圧が出力端子１４から出力される。
【００２０】
読み出し回路１０では、検出強度に応じてセンサ２０の抵抗が変化するため、容量素子１２がセンサ２０に流す電流の量、即ち、容量素子１２から放出される電荷の量も検出強度に応じて変化する。つまり、容量素子１２に残っている電荷の量が検出強度に応じて変化する。このため、出力端子１４からは、検出強度に応じた電圧信号が出力される。このようにして、センサ２０が検出した検出強度が電気信号として読み出される。
【００２１】
このように、読み出し回路１０は、ノードＮ１１から電流経路Ｌを流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路１５を有する。この構成によれば、センサ２０が検出する検出強度を電気信号として読み出す精度を向上させることが可能となる。
【００２２】
その理由について、比較例を用いて詳細に説明する。図２は、比較例の読み出し回路を示す回路図である。図３は、センサの動作点を示す図である。図３（Ａ）は、比較例の読み出し回路におけるセンサの動作点を示す図であり、図３（Ｂ）は、第１の実施形態の読み出し回路におけるセンサの動作点を示す図である。
【００２３】
比較例の読み出し回路３０は、読み出し回路１０から、電流引き抜き回路１５と電流発生回路１６とを除いたものに相当する。読み出し回路３０は、センサ４０に接続された入力トランジスタ３１と、センサ４０に電流を流す容量素子３２と、容量素子３２に電荷を蓄積する充電回路３３と、容量素子３２が蓄積する電荷に応じた電圧を出力する出力端子３４とを有する。
【００２４】
入力トランジスタ３１は、検出強度に応じて抵抗が変化するセンサ４０に接続されたノードＮ３１と、ノードＮ３２との間に接続されている。入力トランジスタ３１は、ノードＮ３１とノードＮ３２との間の通電状態を制御する。
【００２５】
入力トランジスタ３１は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、ソース電極がノードＮ３１側に接続され、ドレイン電極がノードＮ３２側に接続され、ゲート電極が制御用信号線Ｖｉｇに接続されている。制御用信号線Ｖｉｇには、図示しない駆動回路から制御信号が供給される。
【００２６】
容量素子３２は、ノードＮ３２に接続され、蓄積した電荷を放出して、センサ４０に電流を流す。読み出し回路３０では、容量素子３２が蓄積した電荷を放出することで、センサ４０に電流Ｉが流れる。
【００２７】
読み出し回路３０におけるセンサ４０の動作点について、図３（Ａ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、読み出し回路３０において、例えば、センサ４０に光センサを用い、センサ４０が電源Ｖｓに接続されている場合を示す図である。図中の横軸は電圧Ｖを示し、縦軸は電流Ｉを示す。
【００２８】
図中の特性１ａは、入力トランジスタ３１のソース電圧とソース・ドレイン間に流れる電流との関係を示す。図中の特性２ａは、入射光が強い場合における、センサ４０にかかる電圧とセンサ４０に流れる電流との関係を示す。図中の特性３ａは、入射光が弱い場合における、センサ４０にかかる電圧とセンサ４０に流れる電流との関係を示す。
【００２９】
特性１ａと、特性２ａ及び特性３ａとの各交点がそれぞれ、センサ４０の動作点となる。即ち、各交点における電流がセンサ４０に流れることになる。センサ４０に流れる電流が微少な場合、図に示すように、特性１ａは、微分抵抗（ｄＶ／ｄＩ）が大きい領域、即ち、傾きが緩やかな領域において、特性２ａ及び特性３ａと交わる。
【００３０】
この場合、特性２ａと特性３ａとの各動作点における電流の差ΔＩａが小さくなる。これは、入射光が強い場合と弱い場合とにおいて、センサ４０に流れる電流の差が小さいことを示している。このため、入射光が強い場合と弱い場合とにおいて、出力端子３４から出力される電圧の差も小さくなり、入射光の強さを電気信号として読み出す精度が低下してしまう可能性がある。
【００３１】
一方、第１の実施形態に係る読み出し回路１０におけるセンサ２０の動作点は、図３（Ｂ）に示される。図３（Ｂ）は、読み出し回路１０において、例えば、センサ２０に光センサを用い、センサ２０が電源Ｖｓに接続されている場合を示す図である。図中の横軸は電圧Ｖを示し、縦軸は電流Ｉを示す。
【００３２】
図中の特性１ｂは、入力トランジスタ１１のソース電圧とソース・ドレイン間に流れる電流との関係を示す。図中の特性２ｂは、入射光が強い場合における、センサ２０にかかる電圧とセンサ２０に流れる電流との関係を示す。図中の特性３ｂは、入射光が弱い場合における、センサ２０にかかる電圧とセンサ２０に流れる電流との関係を示す。
【００３３】
図３（Ｂ）では、特性１ｂは、微分抵抗（ｄＶ／ｄＩ）が小さい領域、即ち、傾きが急な領域において、特性２ｂ及び特性３ｂと交わる。これは、電流引き抜き回路１５が、電流経路Ｌを流れる電流から一部の電流Ｉ+を引き抜くことにより、特性１ｂが下方向にＩ+分押し下げられたことに起因する。
【００３４】
この場合、特性２ｂと特性３ｂとの各動作点における電流の差ΔＩｂは大きくなる（ΔＩｂ＞ΔＩａ）。これは、入射光が強い場合と弱い場合とにおいて、センサ２０に流れる電流の差が大きいことを示している。このため、入射光が強い場合と弱い場合とにおいて、出力端子１４から出力される電圧の差も大きくなり、入射光の強さを電気信号として読み出す精度を向上させることが可能となる。
【００３５】
なお、図３（Ｂ）では、特性１ｂが、図３（Ａ）の特性１ａと比べて、電圧Ｖの方向、即ち、図中の右方向にシフトしている。これは、ΔＩｂがより大きくなるように、特性１ｂと特性２ｂ及び特性３ｂとの関係を調整しているためである。特性１ｂの電圧Ｖの方向へのシフトは、例えば、入力トランジスタ１１のゲート電極にかかる電圧を大きくすることで実現することが可能である。
【００３６】
また、読み出し回路１０は、ノードＮ１２を介して電流経路Ｌに所定の電流を流す電流発生回路１６を有することで、容量素子１２から放出される電荷の量が、電流引き抜き回路１５から引き抜かれる電流の影響を受けてしまうことを抑制することが可能となる。
【００３７】
即ち、電流引き抜き回路１５から引き抜かれる分の電流Ｉ+を、電流発生回路１６から供給して補うことで、容量素子１２からは、センサ２０に流れる電流Ｉ分の電荷のみが放出される。このため、出力端子１４の出力電圧には、センサ２０に流れる電流分の電荷放出量に基づいた値が反映されるため、センサ２０が検出する検出強度を電気信号として読み出す精度をさらに向上させることが可能となる。
【００３８】
次に、第１の実施形態に係る読み出し回路１０を、より具体的にした一例を、第２の実施形態として説明する。
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る読み出し回路の一例を示す回路図である。
【００３９】
第２の実施形態に係る読み出し回路１００は、センサ２００に接続された入力トランジスタ１１０と、センサ２００に電流を流すキャパシタ１２０と、キャパシタ１２０に電荷を蓄積するリセットトランジスタ１３０とを有する。
【００４０】
入力トランジスタ１１０は、検出強度に応じて抵抗が変化するセンサ２００に接続されたノードＮ１１０と、ノードＮ１２０との間に接続されている。入力トランジスタ１１０は、ノードＮ１１０とノードＮ１２０との間の通電状態を制御する。
【００４１】
入力トランジスタ１１０は、例えば、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである。ここでは、ソース電極がノードＮ１１０側に接続され、ドレイン電極がノードＮ１２０側に接続され、ゲート電極が制御用信号線Ｖｉｇに接続されている。制御用信号線Ｖｉｇには、図示しない駆動回路から制御信号が供給される。
【００４２】
センサ２００は、例えば、入射光の強さに応じて抵抗が変化する光センサである。センサ２００は、ノードＮ１１０と電源Ｖｓとの間に接続されている。センサ２００と読み出し回路１００とは、例えば、個別の半導体チップで構成されている。センサ２００と読み出し回路１００とが組み合わされて検出装置が構成される。なお、センサ２００には例えば、光センサの他、磁気センサ、音声センサ、加速度センサ、圧力センサ、振動センサ等を適用することも可能である。
【００４３】
キャパシタ１２０は、ノードＮ１２０と電源Ｖｓとの間に接続され、蓄積した電荷を放出して、ノードＮ１２０と入力トランジスタ１１０とノードＮ１１０とを通る電流経路Ｌを介してセンサ２００に電流を流す。
【００４４】
リセットトランジスタ１３０は、ノードＮ１２０と電源Ｖｄとの間に接続され、キャパシタ１２０に電荷を蓄積する。ここで、電源Ｖｄは、電源Ｖｓよりも電位が高い電源である。リセットトランジスタ１３０は、例えば、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ゲート電極には、リセット信号線ΦＲが接続されている。リセット信号線ΦＲには、図示しない駆動回路からリセット信号が供給される。
【００４５】
さらに、読み出し回路１００は、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）１７０と、出力端子１４０とを有する。サンプルホールド回路１７０は、ノードＮ１２０と接続され、キャパシタ１２０が蓄積する電荷に応じた電圧を一定時間保持する。出力端子１４０は、サンプルホールド回路１７０に接続され、サンプルホールド回路１７０が保持する電圧を出力する。
【００４６】
さらに、読み出し回路１００は、電流引き抜きトランジスタ１５０と、電流発生回路１６０とを有する。
電流引き抜きトランジスタ１５０は、ノードＮ１１０と電源Ｖｓとの間に接続され、ノードＮ１１０から電流経路Ｌを流れる電流の一部を引き抜く。電流引き抜きトランジスタ１５０は、例えば、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ゲート電極には、制御用信号線Ｖａｇが接続されている。制御用信号線Ｖａｇには、図示しない駆動回路から制御信号が供給される。
【００４７】
電流発生回路１６０は、ノードＮ１２０を介して電流経路Ｌに所定の電流を流す。電流発生回路１６０は、カレントミラー回路を構成しており、電流引き抜きトランジスタ１５０に流れる電流と同じ電流を電流経路Ｌに流す。具体的には、電流発生回路１６０は、トランジスタ１６１とトランジスタ１６２とトランジスタ１６３とを有する。
【００４８】
トランジスタ１６１は、例えば、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ノードＮ１２０と電源Ｖｄとの間に接続され、ゲート電極がノードＮ１３０に接続されている。トランジスタ１６２は、例えば、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ノードＮ１３０と電源Ｖｄとの間に接続され、ゲート電極がノードＮ１３０に接続されている。トランジスタ１６３は、例えば、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ノードＮ１３０と電源Ｖｓとの間に接続され、ゲート電極が制御用信号線Ｖａｇに接続されている。
【００４９】
次に、読み出し回路１００の動作について説明する。
まず、リセット信号線ΦＲが例えばＬレベルとなり、リセットトランジスタ１３０がＯＮする。これにより、電源Ｖｄとキャパシタ１２０とが電気的に接続し、キャパシタ１２０に電荷が蓄積する。このとき、制御用信号線Ｖｉｇは、例えばＬレベルであり、入力トランジスタ１１０はＯＦＦしている。
【００５０】
次に、リセット信号線ΦＲが例えばＨレベルとなり、リセットトランジスタ１３０がＯＦＦし、キャパシタ１２０への電荷の蓄積が終了する。
次に、制御用信号線Ｖｉｇが例えばＨレベルとなり、入力トランジスタ１１０がＯＮする。これにより、キャパシタ１２０に蓄積した電荷が放出して、電流経路Ｌに電流Ｉが流れる。このとき、制御用信号線Ｖａｇが例えばＨレベルとなり、電流引き抜きトランジスタ１５０がＯＮし、電流引き抜きトランジスタ１５０に、電流経路Ｌを流れる電流の一部Ｉ+が引き抜かれて流れる。
【００５１】
また、制御用信号線Ｖａｇはトランジスタ１６３のゲート電極にも接続されているため、制御用信号線ＶａｇがＨレベルになると、トランジスタ１６３にもトランジスタ１５０を流れる電流Ｉ+と同じ電流Ｉ+が流れる。これに伴い、トランジスタ１６２にも電流Ｉ+が流れ、トランジスタ１６２とゲート電極が共通に接続されているトランジスタ１６１にも同じ電流Ｉ+が流れる。
【００５２】
このようにして、トランジスタ１６１からノードＮ１２０を経由して電流経路Ｌに電流Ｉ+が流れる。即ち、電流経路Ｌを流れる電流のうち電流引き抜きトランジスタ１５０が引き抜いた電流Ｉ+分が、トランジスタ１６１から電流経路Ｌに供給されることとなる。つまり、電流経路Ｌには、Ｉ＋Ｉ+の電流が流れる。
【００５３】
これにより、センサ２００には、電流経路Ｌに流れる電流Ｉ＋Ｉ+から、電流引き抜きトランジスタ１５０が引き抜いた電流Ｉ+を差し引いた電流Ｉが流れる。
一定時間経過後、制御用信号線Ｖｉｇが例えばＬレベルとなり、入力トランジスタ１１０がＯＦＦする。その後、キャパシタ１２０に残っている電荷の量に応じた電圧をサンプルホールド回路１７０が保持し、サンプルホールド回路１７０が保持した電圧が出力端子１４０から出力される。このようにして、センサ２００が検出した検出強度が電気信号として読み出される。
【００５４】
このように、読み出し回路１００は、ノードＮ１１０から電流経路Ｌを流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜きトランジスタ１５０を有する。この構成によれば、第１の実施形態と同様に、センサ２００が検出する検出強度が強い場合と弱い場合とにおいて、出力端子１４０から出力される電圧の差が大きくなり、センサ２００が検出する検出強度を電気信号として読み出す精度を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、読み出し回路１００は、ノードＮ１２０を介して電流経路Ｌに所定の電流を流す電流発生回路１６０を有する。この構成によれば、電流引き抜きトランジスタ１５０から引き抜かれる分の電流Ｉ+を、電流発生回路１６０から供給して補うことが可能となる。これにより、キャパシタ１２０からは、センサ２００に流れる電流Ｉ分の電荷のみが放出される。このため、出力端子１４０の出力電圧には、センサ２００に流れる電流分の電荷放出量に基づいた値が反映されるため、センサ２００が検出する検出強度を電気信号として読み出す精度をさらに向上させることが可能となる。
【００５６】
次に、第１及び第２の実施形態に係る読み出し回路１０、１００を、赤外線撮像装置に適用したものを、第３の実施形態に説明する。
［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態に係る赤外線撮像装置の一例を示す図である。
【００５７】
第３の実施形態に係る赤外線撮像装置１０００は、撮像対象からの赤外線が入射するレンズ１０１０と、レンズ１０１０を通過した赤外線が入射し、入射した赤外線を電気信号に変換して画像データを生成する赤外線撮像素子１０２０とを有する。赤外線撮像素子１０２０は、多数の赤外線センサが配列された赤外線センサアレイを有している。各赤外線センサにより、画像データを構成する各画素データが生成される。
【００５８】
さらに、赤外線撮像装置１０００は、赤外線撮像素子１０２０に電源や制御信号等を供給して赤外線撮像素子１０２０を駆動する駆動回路１０３０と、赤外線撮像素子１０２０を冷却する冷凍機１０４０とを有する。冷凍機１０４０は、赤外線撮像素子１０２０を、例えば、８０Ｋ（ケルビン）に冷却する。
【００５９】
さらに、赤外線撮像装置１０００は、赤外線撮像素子１０２０から出力された画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１０５０を有する。さらに、赤外線撮像装置１０００は、Ａ／Ｄ変換回路１０５０から出力された画像データに対して、補正処理等を行う演算回路１０６０を有する。さらに、赤外線撮像装置１０００は、欠陥画素のアドレスデータを記憶する欠陥アドレスメモリ１０７０と、補正データを記憶する補正データメモリ１０８０とを有する。
【００６０】
演算回路１０６０は、Ａ／Ｄ変換回路１０５０から出力された画像データに対して、欠陥アドレスメモリ１０７０に記憶されたアドレスデータを参照して、例えば、欠陥画素のデータを隣接する画素のデータで置き換える補正処理を行う。さらに、演算回路１０６０は、Ａ／Ｄ変換回路１０５０から出力された画像データに対して、補正データメモリ１０８０に記憶された補正データを参照して、例えば、画素間のバラつきを調整するためのゲイン補正やオフセット補正を行う。
【００６１】
さらに、赤外線撮像装置１０００は、演算回路１０６０から出力された画像データを、所定の表示用フォーマットに変換するフォーマット変換回路１０９０を有する。さらに、赤外線撮像装置１０００は、フォーマット変換回路１０９０から出力された画像データを、デジタル信号からアナログ信号に変換して、外部の表示装置２０００に出力するＤ／Ａ変換回路１１００を有する。
【００６２】
さらに、赤外線撮像装置１０００には、キャリブレーション用の赤外線光源機構が設けられている。赤外線光源機構は、金属板１１１０と、金属板１１１０の温度を調整するペルチェ素子１１２０と、ペルチェ素子１１２０の温度を制御する温度コントローラ１１３０とを有している。
【００６３】
金属板１１１０は、矢印Ｔで示すようにレンズ１０１０を覆う位置からレンズ１０１０を露出する位置に移動可能な移動機構を備えている。また、金属板１１１０の表面は、例えば、黒に塗装されている。
【００６４】
さらに、赤外線撮像装置１０００は、上記の各構成を制御するコントローラ１１４０を有している。
次に、赤外線撮像装置１０００の動作について説明する。
【００６５】
まず、金属板１１１０がレンズ１０１０を覆う位置に移動し、さらに、ペルチェ素子１１２０及び温度コントローラ１１３０が、金属板１１１０を所定の温度に設定する。これにより、レンズ１０１０に金属板１１１０からの赤外線が入射する。この入射赤外線に基づいてキャリブレーションを行う。
【００６６】
次に、金属板１１１０が移動してレンズ１０１０を露出し、レンズ１０１０に撮像対象からの赤外線が入射される。レンズ１０１０に入射した赤外線は、赤外線撮像素子１０２０に入射する。
【００６７】
次に、赤外線撮像素子１０２０が、入射した赤外線を電気信号に変換して画像データを生成し、生成した画像データをＡ／Ｄ変換回路１０５０に出力する。
次に、Ａ／Ｄ変換回路１０５０が、赤外線撮像素子１０２０から出力された画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００６８】
次に、演算回路１０６０が、Ａ／Ｄ変換回路１０５０から出力された画像データを、欠陥アドレスメモリ１０７０に記憶されたアドレスデータ、及び、補正データメモリ１０８０に記憶された補正データを参照して補正する。
【００６９】
次に、フォーマット変換回路１０９０が、演算回路１０６０から出力された画像データを、所定の表示フォーマットに変換する。
次に、Ｄ／Ａ変換回路１１００が、フォーマット変換回路１０９０から出力された画像データを、デジタル信号からアナログ信号に変換して、外部の表示装置２０００に出力する。これにより、表示装置２０００の表示画面に、撮像対象の赤外線画像データが表示される。
【００７０】
次に、赤外線撮像素子１０２０の具体例について説明する。
図６は、第３の実施形態に係る赤外線撮像素子の一例を示す回路図である。
赤外線撮像素子１０２０は、マトリックス状に配置された複数のセンサ１０２１と、複数のセンサ１０２１のそれぞれに対応して設けられた複数の読み出し回路１０２２を有する。センサ１０２１は、赤外線の強さに応じて抵抗が変化する赤外線センサである。各センサ１０２１に基づいて、赤外線画像データを構成する各画素データが生成される。なお、センサ１０２１の数は、図６では４つの例を示しているが、この数に限定されるものではなく、画素数に応じて設定される。
【００７１】
読み出し回路１０２２は、第１の実施形態に係る読み出し回路１０、もしくは、第２の実施形態に係る読み出し回路１００が適用される。即ち、読み出し回路１０２２により、センサ１０２１が検出した赤外線の強さが電気信号として読み出される。
【００７２】
さらに、赤外線撮像素子１０２０は、データ線１０２３と、複数の読み出し回路１０２２のそれぞれに対応して設けられ、読み出し回路１０２２の出力信号に応じた信号をデータ線２３に出力する複数のトランジスタ１０２４とを有する。トランジスタ１０２４は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、電源ＶＤＤとデータ線１０２３との間に接続され、ゲート電極が読み出し回路１０２２の出力端子に接続されている。
【００７３】
さらに、赤外線撮像素子１０２０は、トランジスタ１０２４とデータ線１０２３との間に接続され、行方向のセンサ１０２１を選択する選択トランジスタ１０２５と、列方向のセンサ１０２１を選択する選択トランジスタ１０２６とを有する。選択トランジスタ１０２５、１０２６は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。
【００７４】
さらに、赤外線撮像素子１０２０は、選択トランジスタ１０２５を制御する垂直操作シフトレジスタ１０２７Ｘと、選択トランジスタ１０２６を制御する水平走査シフトレジスタ１０２７Ｙとを有する。さらに、赤外線撮像素子１０２０は、データ線１０２３に接続された、読み出し用トランジスタ１０２８と増幅器１０２９とを有する。
【００７５】
赤外線撮像素子１０２０は、画像データの読み出し時、次の動作を行う。即ち、垂直操作シフトレジスタ１０２７Ｘが、指定する行方向のセンサ１０２１を選択する選択トランジスタ１０２５をＯＮし、さらに、水平走査シフトレジスタ１０２７Ｙが、指定する列方向のセンサ１０２１を選択する選択トランジスタ１０２６をＯＮする。
【００７６】
これにより、対象のセンサ１０２１が検出した赤外線の強さに応じた電気信号、即ち、画素データを、トランジスタ１０２４からデータ線１０２３に読み出す。この読み出し動作を各センサ１０２１に対して順次行い、各センサ１０２１に対応する画素データをデータ線１０２３に読み出すことで、画像データが生成される。データ線１０２３に読み出された画像データは、増幅器１０２９で増幅されて出力される。
【００７７】
このように、赤外線撮像素子１０２０は、読み出し回路１０２２に、第１の実施形態に係る読み出し回路１０、もしくは、読み出し回路１００を適用している。このため、センサ１０２１に流れる電流が微少でも、入射赤外線が強い場合と弱い場合とにおいて、トランジスタ１０２４のゲート電極に係る電圧の差を大きくすることが可能となる。
【００７８】
これにより、センサ１０２１が検出する赤外線の強さに応じた電気信号をデータ線１０２３に読み出す精度を向上させることが可能となる。即ち、センサ１０２１から画像データを読み出す精度を向上させることが可能となる。
【００７９】
また、換言すると、赤外線撮像素子１０２０は、センサ１０２１に流れる電流が微少な場合でも、読み出し精度を維持できるため、各センサ１０２１を小型化することが可能となる。これにより、センサアレイの大きさを大幅に小型化することが可能となり、赤外線撮像素子１０２０を小型化することが可能となる。
【００８０】
次に、赤外線撮像素子１０２０の構造について説明する。
赤外線撮像素子１０２０では、複数のセンサ１０２１と、複数のセンサ１０２１以外の回路（以下、信号処理回路と称す）は、例えば、個別の半導体チップで構成されている。
【００８１】
図７は、第３の実施形態に係る赤外線撮像素子の一例を示す構造図である。
赤外線撮像素子１０２０は、複数のセンサ１０２１が配置されたセンサアレイを搭載するセンサアレイチップ１と、信号処理回路が搭載された信号処理回路チップ２とが積層された構造を有する。センサアレイチップ１の基板材料には、例えば、化合物半導体が用いられ、信号処理回路チップ２の基板材料には、例えば、Ｓｉ（シリコン）が用いられている。
【００８２】
センサアレイチップ１と信号処理回路チップ２とは、間に配置された複数のＩｎ（インジウム）バンプ３により電気的に接続されている。センサアレイチップ１の、Ｉｎバンプ３が形成されている面とは反対側の面に、赤外線が入射される。
【００８３】
以上説明した第１〜第３の実施形態を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）  検出強度に応じて抵抗が変化するセンサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、
前記第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、前記第２のノードと前記入力トランジスタと前記第１のノードとを通る電流経路を介して前記センサに電流を流す容量素子と、
前記容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、
前記容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、
前記第１のノードから前記電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、
を有することを特徴とする読み出し回路。
【００８４】
（付記２）  前記第２のノードを介して前記電流経路に所定の電流を流す電流発生回路を有することを特徴とする付記１に記載の読み出し回路。
（付記３）  前記所定の電流は、前記電流引き抜き回路により引き抜かれる前記電流の一部の大きさに対応していることを特徴とする付記２に記載の読み出し回路。
【００８５】
（付記４）  前記読み出し回路は、さらに、第１の電源と、前記第１の電源よりも電位が高い第２の電源とを有し、
前記電流引き抜き回路は、前記第１のノードと前記第１の電源との間に接続され、制御電極が制御用信号線に接続された電流引き抜き用トランジスタを含むことを特徴とする付記２又は３に記載の読み出し回路。
【００８６】
（付記５）  前記電流発生回路は、
前記第２のノードと前記第２の電源との間に接続され、制御電極が第３のノードに接続された第１のトランジスタと、
前記第３のノードと前記第２の電源との間に接続され、制御電極が前記第３のノードに接続された第２のトランジスタと、
前記第３のノードと前記第１の電源との間に接続され、制御電極が前記制御用信号線に接続された第３のトランジスタとを含んでいることを特徴とする付記４に記載の読み出し回路。
【００８７】
（付記６）  前記充電回路は、前記第２のノードと前記第２の電源との間に接続されたリセット用トランジスタを含むことを特徴とする付記４又は５に記載の読み出し回路。
（付記７）  前記容量素子は、前記第２のノードと前記第１の電源との間に接続されていることを特徴とする付記４〜６のいずれか１つに記載の読み出し回路。
【００８８】
（付記８）  前記センサは、光の強さを検出する光センサであることを特徴とする付記１〜７のいずれか１つに記載の読み出し回路。
（付記９）  前記センサは、赤外線の強さを検出する赤外線センサであることを特徴とする付記８に記載の読み出し回路。
【００８９】
（付記１０）  検出強度に応じて抵抗が変化するセンサと、
前記センサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、前記第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、前記第２のノードと前記入力トランジスタと前記第１のノードとを通る電流経路を介して前記センサに電流を流す容量素子と、前記容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、前記容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、前記第１のノードから前記電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、を備える読み出し回路と、
を有することを特徴とする検出装置。
【００９０】
（付記１１）  前記読み出し回路は、さらに、前記第２のノードを介して前記電流経路に所定の電流を流す電流発生回路を有することを特徴とする付記１０に記載の検出装置。
（付記１２）  入射した光の強さに応じて抵抗が変化するセンサと、
前記センサに接続された第１のノードと、第２のノードとの間に接続された入力トランジスタと、前記第２のノードに接続され、蓄積した電荷を放出して、前記第２のノードと前記入力トランジスタと前記第１のノードとを通る電流経路を介して前記センサに電流を流す容量素子と、前記容量素子に電荷を蓄積する充電回路と、前記容量素子が蓄積する電荷量に応じた電圧を出力する出力端子と、前記第１のノードから前記電流経路を流れる電流の一部を引き抜く電流引き抜き回路と、を備える読み出し回路と、
前記出力端子から出力される前記電圧に基づいて画像データを生成する回路と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【００９１】
（付記１３）  前記読み出し回路は、さらに、前記第２のノードを介して前記電流経路に所定の電流を流す電流発生回路を有することを特徴とする付記１２に記載の撮像装置。
【符号の説明】
【００９２】
１０  読み出し回路
１１  入力トランジスタ
１２  容量素子
１３  充電回路
１４  出力端子
１５  電流引き抜き回路
１６  電流発生回路
２０  センサ
Ｎ１１、Ｎ１２  ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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