(57)【要約】【課題】画素信号に大きな変化が発生した場合に、現実の画像の変化であるか雑音に起因する変化であるかを判定可能な信号を出力する簡単な回路構成のイメージセンサの実現。【解決手段】複数のセンサ素子24と、検出信号を読み出す読出回路と、を備えるイメージセンサであって、読出回路は、蓄積容量C1と、サンプルホールド容量C2と、センサ素子と蓄積容量の間の第１入力ゲート回路Tr5と、蓄積容量とS/H容量C2の間のスイッチS/Hと、センサ素子とS/H容量の間に設けられた第２入力ゲートTr8と、を備え、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路21と、信号を読み出すスキャン回路と、を備え、スキャン回路は、Tr5を介してC1に蓄積したセンサ素子24の検出信号をスイッチS/Hを介してS/H容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、Tr8を介してS/H容量に蓄積した検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行する。【選択図】図７
2011142558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配列された複数のセンサ素子と、前記複数のセンサ素子の検出信号を読み出す読出回路と、を備えるイメージセンサであって、
前記読出回路は、
蓄積容量と、サンプルホールド容量と、前記センサ素子と前記蓄積容量の間に設けられた第１入力ゲート回路と、前記蓄積容量と前記サンプルホールド容量の間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路と、前記センサ素子と前記サンプルホールド容量の間に設けられた第２入力ゲート回路と、を備え、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路と、
前記複数の画素回路の前記サンプルホールド容量の信号を読み出すスキャン回路と、を備え、
前記スキャン回路は、前記第１入力ゲート回路を介して前記蓄積容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号を前記サンプルホールドスイッチ回路を介して前記サンプルホールド容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、前記第２入力ゲート回路を介して前記サンプルホールド容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記スキャン回路は、前記第１スキャン動作と前記第２スキャン動作を交互に実行する請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
イメージセンサと、
前記イメージセンサの出力する画像信号を処理する信号処理回路と、を備える撮像システムであって、
前記イメージセンサは、アレイ状に配列された複数のセンサ素子と、前記複数のセンサ素子の検出信号を読み出す読出回路と、を備え、前記読出回路は、
蓄積容量と、サンプルホールド容量と、前記センサ素子と前記蓄積容量の間に設けられた第１入力ゲート回路と、前記蓄積容量と前記サンプルホールド容量の間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路と、前記センサ素子と前記サンプルホールド容量の間に設けられた第２入力ゲート回路と、を備え、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路と、
前記複数の画素回路の前記サンプルホールド容量の信号を読み出すスキャン回路と、を備え、
前記スキャン回路は、前記第１入力ゲート回路を介して前記蓄積容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号を前記サンプルホールドスイッチ回路を介して前記サンプルホールド容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、前記第２入力ゲート回路を介して前記サンプルホールド容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行し、
前記信号処理回路は、前記第１スキャン動作時の前記画像信号と前記第２スキャン動作時の前記画像信号の対応画素の強度が類似しているか否かを判定する類似判定回路を備える撮像システム。
【請求項４】
前記信号処理回路は、
前記第１スキャン動作時の前記画像信号の強度が所定値を超えたかを判定する強度判定回路と、
前記画像信号の強度が前記所定値を超えると共に、前記類似判定回路の判定結果が類似である時に、警報を発生する警報発生回路と、を備える請求項３に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記信号処理回路は、
前記第１スキャン動作時の前記画像信号と前記第２スキャン動作時の前記画像信号の少なくとも一方の画素ごとの強度を１フレーム分記憶するメモリを備える請求項４に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記メモリは、前記第１スキャン動作時の前記画像信号の画素ごとの強度を少なくとも２フレーム分記憶し、
前記信号処理回路は、
画素ごとの警報発生用補正データを１フレーム分記憶する補正用メモリと、
前記類似判定回路が類似していないと判定した時に、前フレームと対象フレームの信号強度差を、前記補正用メモリの対応画素アドレスに書き込み、前記類似判定回路が類似していると判定した時に前記補正用メモリの対応画素アドレスのデータをゼロにリセットする補正用メモリ書き込み回路と、
前記第１スキャン動作時の前記画像信号の画素ごとの強度を、前記補正用メモリのデータで対応画素ごとに補正するデータ補正回路と、を備え、
前記強度判定回路は、補正された前記第１スキャン動作時の前記画像信号の画素ごとの強度を使用して判定を実行する請求項３に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の素子センサを備えるイメージセンサおよび撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像デバイスなどのイメージセンサ、およびイメージセンサを備える撮像システムが、広く利用されているが、近年赤外線イメージセンサおよびそれを利用した赤外線撮像システムも、広く使用されるようになってきた。
【０００３】
赤外線イメージセンサを使用した赤外線撮像システムは、非接触で温度測定が可能であるという特徴があり、保安、医療、保全、研究開発、軍事など広い用途があり、例えば、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。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。
【０００４】
図１は、赤外線イメージセンサを利用した赤外線撮像システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、赤外線撮像システムは、赤外線カメラ１０と、赤外線カメラ１０の出力する赤外線画像信号を処理する外部信号処理回路３０と、を備える。赤外線カメラ１０は、レンズ１１と、ＦＰＡ(Focal Plane Array)チップ１４と、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５と、感度補正演算回路１６と、を備える。
【０００５】
図２は、ＦＰＡチップ１４の構造例を示す図である。図２に示すように、ＦＰＡチップ１４は、赤外線２次元センサ（感光部）アレイ１２と、ＣＭＯＳ読出回路を搭載したチップ１３と、を備える。２次元センサアレイ１２とＣＭＯＳ読出回路を搭載したチップ１３の対応する電極は、インジウム（Ｉｎ）製バンプ１７により接続されている。以下、説明を簡単にするために、ＣＭＯＳ読出回路を搭載したチップ１３を読出回路１３と称する。２次元センサアレイ１２は、一般に化合物半導体を材料として作られる。また、読出回路１３は、Si半導体で作成される。２次元センサアレイ１２のセンサ素子は、赤外線入射によって電気伝導が変化する光伝導型素子である。
【０００６】
図１に戻って、レンズ１１は、観察対象から放射された赤外線の画像を、２次元センサアレイ１２上に投影する。２次元センサアレイ１２の各センサ素子は、投影された赤外線像の入射光量に応じた光電流を発生する。これにより、赤外線像は、電気信号に変換される。電気信号は、読出回路１３によってマルチプレクスされた後、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５に出力され、アナログ信号からデジタル信号に変換され、感度補正演算回路１６でゲイン・オフセット補正された後、外部信号処理回路３０に出力される。ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５は、ＦＰＡチップ１４を駆動するための信号を発生してＦＰＡチップ１４に供給する。外部信号処理回路３０は、赤外線カメラ１０の出力する赤外線画像信号を処理してサーモグラフィー画像などを生成し、生成したサーモグラフィー画像に基づいて各種の処理を行う。
【０００７】
図３は、読出回路１３の構成を示す図である。図３に示すように、読出回路１３は、画素回路２１と、スキャン回路と、を備える。
【０００８】
スキャン回路は、横方向に平行に伸びる複数のスキャンラインＳＬと、垂直方向に平行に伸びる複数の垂直バスラインＢＬと、複数のスキャンラインＳＬと複数の垂直バスラインＢＬの交差部に対応してマトリクス状に配置された複数の画素回路２１と、を備える。
【０００９】
画素回路２１内のセンサ２４は、赤外線イメージセンサ１２の感光部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、各センサ素子２４ごとに設けられる。
【００１０】
画素回路２１では、リセットゲート用のトランジスタＴｒ６にリセット信号Ｓ２が印加され、Ｔｒ６が導通して蓄積容量Ｃ１が所定値に充電される。リセット信号Ｓ２の印加が停止した後、入力ゲート用のトランジスタＴｒ５に積分信号Ｓ１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Ｃ１の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。この後、トランスファーゲートＳＷ１にサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）信号Ｓ３および／Ｓ３が印加され、蓄積容量Ｃ１の電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に転送され、保持される。なお、サンプルホールド信号Ｓ３および／Ｓ３を印加する前に、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７は、信号Ｓ４に応じて導通し、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。このような動作が、各信号入力回路２１でそれぞれ同時に行われ、各センサの赤外線強度に対応した電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持される。
【００１１】
垂直走査シフトレジスタ２２は、複数のスキャンラインＳＬを１本ずつ選択するスキャンパルスを順次出力する。スキャンパルスに応じて、そのスキャンラインにゲートが接続されるトランジスタＴｒ２が導通し、１ラインの信号入力回路２１のＳ／Ｌ容量Ｃ２に保持された電圧が、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２を介して複数の垂直バスラインＢＬ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Ｔｒ３に順次読出パルスを印加する。読出パルスに応じて、垂直バスラインＢＬの電圧は、読出ライン２６に出力され、イメージ信号電圧Ｖｐｘｌを生じる。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ＢＬ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ＳＬにスキャンパルスを印加する。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２４の信号が多重化して出力される。トランジスタＴｒ４は、信号Ｓ５に応じて導通し、読出ライン２６をグランドレベルにリセットする。
【００１２】
従って、１画面に対応する１フレームの信号は、ラインごとに一塊の信号として出力される。スキャンラインＳＬの本数がＮ本であれば、Ｎ個の塊の信号が出力され、各塊には、垂直バスラインＢＬの本数分のアナログ出力信号Ｖｏｕｔが含まれる。
【００１３】
読出回路１３の構成および動作は広く知られているので、これ以上の説明は省略する。また、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５および感度補正演算回路１６などの構成および動作も広く知られているので、説明は省略する。
【００１４】
ここで、上記のような赤外線カメラを用いて高温物体を検出し、遠方での異常発熱や火災に対する警報を発生する赤外線撮像システムがある。高温部分に対応した画素部分では、赤外線を多く受光することになるので、画素信号の強度が増大し、これを検出することで、高温物体を発見することができる。具体的には、生成したサーモグラフィー画像において、画素の信号強度が所定値以上、すなわち画像内に所定温度の部分があるかを判定し、そのような場合には警報を発生する。
【００１５】
ところで、赤外線イメージセンサでは、雑音が発生し、赤外線の入射とは無関係に画素出力が変動する現象があり、このような現象が誤警報の原因となる。雑音のうち、常時発生する比較的小さな雑音は、閾値を適切に設定することにより誤判定の発生を防止できる。しかし、雑音中には、発生頻度は比較的低いが、大振幅で出力変動を生じさせる入力ゲート用のＴｒ５の特性変動に起因する雑音がある。
【００１６】
図４の（Ａ）は、センサ素子２４として、入射赤外線によって素子抵抗が変化する光伝導型素子（例えば、多重量子井戸型赤外線センサ）を用いた場合の回路構成を示し、図４の（Ｂ）は、センサ素子２４に流れる電流の特性を示す図である。
【００１７】
図４の（Ａ）に示すように、センサ素子２４は、入射する赤外線量に応じて電流を流す。蓄積容量Ｃ１はリセットにより所定の電圧に充電されており、入力ゲート用のＴｒ５が積分信号Ｓ１が印加される一定期間導通すると、蓄積容量Ｃ１から赤外線量に応じて電流がグランドＧＮＤに流れ（蓄積容量Ｃ１に電子が流れ込み）、蓄積容量Ｃ１の電圧が低下する。
【００１８】
図４の（Ｂ）において、横軸はセンサ素子２４に印加される電圧を、縦軸はセンサ素子２４に流れる電流を示す。線Ａは入射光が比較的弱い場合にセンサ素子２４に流れる電流を示し、線Ｂは入射光が比較的強い場合にセンサ素子２４に流れる電流を示す。図４の（Ｂ）において、Ｗが光の強弱によるセンサ素子２４を流れる電流の変化量を示す。図示のように、センサ素子２４に流れる電流は、センサ素子２４に印加される電圧に比例して変化する。そこで、適当な積分時間で蓄積容量Ｃ１に電荷が蓄積されるように入力ゲート用のＴｒ５のゲート電圧を調整して、センサ素子バイアス電圧を決定している。
【００１９】
ここで、上記のように、入力ゲート用のＴｒ５の特性を大きく変動させる現象が発生することがある。このような現象が生じると、例えばＴｒ５の特性が曲線ＥからＦに変化し、入射光は変化しなくても、センサ素子２４に流れる電流が大きく変化する。
【００２０】
この現象の原因はいまだ解明されていないが、入力ゲート用のトランジスタＴｒ５において発生する界面トラップなどに起因していると考えられている。この現象は、各読出回路で独立して発生する。
【００２１】
特にバイアス電圧に対する素子電流の変化が大きいセンサ素子を使用した場合、このような現象によって、大きな雑音が発生することになる。しかも、この現象は一旦発生するとすぐには解消しないため、比較的長い期間センサ素子に流れる電流に大きな振幅変動が発生する。このような振幅変動が発生すると、赤外線カメラの出力信号が異常発生の判定動作における閾値を超える場合がある。
【００２２】
図５は、画像信号において上記のような現象が発生した画素回路に対応する画素信号のフレームに応じた変化例を示す図であり、横軸がフレーム数を示し、縦軸が画素信号の強度を示す。このような現象が発生する前は、画素信号は小さな幅Ｎで内変動する通常の雑音を有するが、上記のような現象が発生すると、画素信号はＬで示す量だけ変化し、以後その状態が維持される。もし、異常発生の判定閾値が、信号レベル９１００と９３００（相対値）の間に設定されていると、異常が発生したと判定され、警報が発生される。
【００２３】
このような入力ゲート用のトランジスタの特性変動による雑音に起因する誤警報発生を回避するため、赤外線カメラ１０を回転させて、画像の変化を判定することが行われている。画像内における閾値を超える画素の位置が、赤外線カメラ１０の回転に追随して変化する場合には高温物体を検出していると判定される。画像内における閾値を超える画素の位置が、赤外線カメラ１０の回転とは関係なく同一画素位置である場合には、赤外線カメラ１０の雑音に起因すると判定され、警報を発生しない。
【００２４】
このような構成は、高温物体の検出精度を向上させるが、この構成を実現するには、赤外線カメラ１０を回転させる機械的な機構が必要となる上、赤外線カメラの回転に伴って画面が変化するため、定点観測という観点からは画像の把握が難しいという問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００６−２３７９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
実施形態は、画素信号に大きな変化が発生した場合に、現実の画像の変化であるか、雑音に起因する変化であるかを判定可能な信号を出力する簡単な回路構成のイメージセンサ、およびそれを使用して雑音に起因する変化であるかを判定可能な撮像システムを実現する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
実施形態の第１の態様のイメージセンサは、アレイ状に配列された複数のセンサ素子と、複数のセンサ素子の検出信号を読み出す読出回路と、を備えるイメージセンサである。読出回路は、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路と、スキャン回路と、を備える。各画素回路は、蓄積容量と、サンプルホールド容量と、センサ素子と蓄積容量の間に設けられた第１入力ゲート回路と、蓄積容量とサンプルホールド容量の間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路と、センサ素子とサンプルホールド容量の間に設けられた第２入力ゲート回路と、を備える。スキャン回路は、複数の画素回路のサンプルホールド容量の信号を読み出す。スキャン回路は、第１入力ゲート回路を介して蓄積容量に蓄積したセンサ素子の検出信号をサンプルホールドスイッチ回路を介してサンプルホールド容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、第２入力ゲート回路を介してサンプルホールド容量に蓄積したセンサ素子の検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行する。
【００２８】
実施形態の第２の態様の撮像システムは、イメージセンサと、イメージセンサの出力する画像信号を処理する信号処理回路と、を備える。イメージセンサは、アレイ状に配列された複数のセンサ素子と、複数のセンサ素子の検出信号を読み出す読出回路と、を備えるイメージセンサである。読出回路は、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路と、スキャン回路と、を備える。各画素回路は、蓄積容量と、サンプルホールド容量と、センサ素子と蓄積容量の間に設けられた第１入力ゲート回路と、蓄積容量とサンプルホールド容量の間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路と、センサ素子とサンプルホールド容量の間に設けられた第２入力ゲート回路と、を備える。スキャン回路は、複数の画素回路のサンプルホールド容量の信号を読み出す。スキャン回路は、第１入力ゲート回路を介して蓄積容量に蓄積したセンサ素子の検出信号をサンプルホールドスイッチ回路を介してサンプルホールド容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、第２入力ゲート回路を介してサンプルホールド容量に蓄積したセンサ素子の検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行する。信号処理回路は、第１スキャン動作時の画像信号と第２スキャン動作時の画像信号の対応画素の強度が類似しているか否かを判定する類似判定回路を備える。
【発明の効果】
【００２９】
実施形態によれば、簡単な回路構成で、画素信号に大きな変化が発生した場合に、現実の画像の変化であるか、雑音に起因する変化であるかを判定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、赤外線イメージセンサを利用した赤外線撮像システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、赤外線イメージセンサを含むＦＰＡチップの構造例を示す図である。
【図３】図３は、従来例の読出回路の概略構成を示す図である。
【図４】図４は、誤判定を生じる雑音の影響を説明する図である。
【図５】図５は、画素信号に発生した誤判定を生じる雑音の例を説明する図である。
【図６】図６は、第１実施形態の赤外線撮像システムの概略構成を示す図である。
【図７】図７は、第１実施形態の赤外線撮像システムの読出回路の構成を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態の読出回路の動作を示すタイムチャートである。
【図９】図９は、第１実施形態の赤外線撮像システムの信号処理回路の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態の赤外線撮像システムの信号処理回路の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第２実施形態の赤外線撮像システムの信号処理回路の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の赤外線撮像システムの信号処理回路の動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第３実施形態の読出回路の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図６は、第１実施形態の赤外線撮像システムの概略構成を示す図である。
【００３２】
図６に示すように、第１実施形態の赤外線撮像システムは、赤外線カメラ１０と、赤外線カメラ１０の出力する赤外線画像信号を処理する外部信号処理回路３０と、を備える。赤外線カメラ１０は、レンズ１１と、ＦＰＡ(Focal Plane Array)チップ１４と、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５と、感度補正演算回路１６と、を備える。
【００３３】
ＦＰＡチップ１４は、図２に示したのと同様に、赤外線２次元センサアレイ１２と、読出回路１３と、を備える。２次元センサアレイ１２は、化合物半導体を材料とし、例えばGaAs/AlGaAsの多重量子井戸層を赤外線吸収部とする量子井戸型赤外線センサが用いられる。また、読出回路１３は、Si半導体で作成される。２次元センサアレイ１２のセンサ素子は、赤外線入射によって電気伝導が変化する光伝導型素子である。
【００３４】
赤外線イメージセンサは、高精細かつ高感度で低雑音の赤外線映像を、高速フレームレートで撮像可能であることが要求される。そのため、赤外線イメージセンサは、高感度の化合物半導体で作られるが、現状では良好な均一性で製造するのが困難である。そこで、図６に示すように、ＦＰＡチップ１４の外部に、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５および感度補正演算回路１６が設けられ、チップ内の各素子の感度バラツキや暗電流バラツキ、および入射光線量と出力電流間の非直線性などが補正される。図６の構成では、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５で赤外線イメージセンサの出力をＡ／Ｄ変換した後、感度補正演算回路１６で、デジタル処理による補正演算などを行い、低雑音な赤外線画像信号を得る。
【００３５】
レンズ１１は、観察対象から放射された赤外線の画像を、２次元センサアレイ１２上に投影する。２次元センサアレイ１２の各センサ素子は、投影された赤外線像の入射光量に応じた光電流を発生する。これにより、赤外線像は、電気信号に変換される。電気信号は、読出回路１３によってマルチプレクスされた後、ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５に出力され、アナログ信号からデジタル信号に変換され、感度補正演算回路１６でゲイン・オフセット補正された後、外部信号処理回路３０に出力される。ＦＰＡ駆動回路・Ａ／Ｄ変換回路１５は、ＦＰＡチップ１４を駆動するための信号を発生してＦＰＡチップ１４に供給する。第１実施形態では、後述するように、赤外線カメラ１０は、主画像信号Ｍと副画像信号Ｓの２つの画像信号Ｍ／Ｓを出力する。
【００３６】
図７は、第１実施形態における読出回路１３の構成を示す図である。図７に示すように、読出回路１３は、画素回路２１と、スキャン回路と、を備える。
【００３７】
スキャン回路は、図３で説明したのと同じ構成を備え、同じように動作するので、説明は省略する。
【００３８】
第１実施形態の画素回路２１は、第２入力ゲート用のトランジスタＴｒ８が設けられていることが図３に示した回路と異なり、他の部分は図３に示した回路と同じである。トランジスタＴｒ８は、センサ素子２４とＴｒ５の接続ノードと、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２とＴｒ７の接続ノードとの間に接続されている。なお、入力ゲート用のトランジスタＴｒ５を、以下の説明では第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５とする。
【００３９】
第１実施形態の画素回路２１は、２つの動作モードを備える。第１動作モードでは、リセットゲート用のトランジスタＴｒ６にリセット信号Ｓ２が印加され、Ｔｒ６が導通して蓄積容量Ｃ１が所定値に充電される。リセット信号Ｓ２の印加が停止した後、第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５に積分信号Ｓ１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Ｃ１の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。この間に、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７に信号Ｓ４が印加され、Ｔｒ７が導通して、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。トランジスタＴｒ５への積分信号Ｓ１の印加が終了した後、トランスファーゲートＳＷ１にサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）信号Ｓ３および／Ｓ３が印加され、蓄積容量Ｃ１の電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に転送され、保持される。このような動作が、各信号入力回路２１でそれぞれ同時に行われ、各センサの赤外線強度に対応した電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持される。その後、スキャン回路により、各信号入力回路２１のＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧がマルチプレクスされて出力される。
【００４０】
第２動作モードでは、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７に信号Ｓ４が印加され、Ｔｒ７が導通して、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。その後、第２入力ゲート用のトランジスタＴｒ８に副積分信号Ｓ６を印加して、Ｔｒ８を導通して、赤外線強度に対応してセンサ素子２４に流れる電流によりＳ／Ｈ容量Ｃ２の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。トランジスタＴｒ８への副積分信号Ｓ６の印加が終了した後、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧が保持される。このような動作が、各信号入力回路２１でそれぞれ同時に行われ、各センサの赤外線強度に対応した電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持される。その後、スキャン回路により、各信号入力回路２１のＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧がマルチプレクスされて出力される。
【００４１】
第１動作モードでＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧が、スキャン回路により出力された後でなければ、第２動作モードを実行することはできない。また、第２動作モードでＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧が、スキャン回路により出力された後でなければ、第１動作モードにおける蓄積容量Ｃ１の電圧のＳ／Ｈ容量Ｃ２への転送動作を行うことはできない。また、第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５と第２入力ゲート用のトランジスタＴｒ８は、同時に導通させることはできない。言い換えれば、積分信号Ｓ１と副積分信号Ｓ２を同時に入力することはできない。
【００４２】
図８は、第１実施形態における読出回路１３の動作を示すタイムチャートである。
【００４３】
１フレームの前半では、スキャン回路は、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧を出力する第１スキャン動作を行う。スキャン回路による第１スキャン動作が終了すると、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７に信号Ｓ４が印加され、Ｔｒ７が導通して、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。その後、第２入力ゲート用のトランジスタＴｒ８に副積分信号Ｓ６を印加して、Ｔｒ８を導通して、赤外線強度に対応してセンサ素子２４に流れる電流によりＳ／Ｈ容量Ｃ２の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。すなわち、画素回路２１において第２動作モードが実行される。トランジスタＴｒ８への副積分信号Ｓ６の印加が終了した後、スキャン回路は、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧を出力する第２スキャン動作を行う。第２スキャン動作で出力される信号は、第２入力ゲート用Ｔｒ８を介してＳ／Ｈ容量Ｃ２に蓄積された電荷に対応する電圧信号である。
【００４４】
スキャン回路による第２スキャン動作と並行して、画素回路２１では、第１動作モードが実行される。まず、リセットゲート用のトランジスタＴｒ６にリセット信号Ｓ２が印加され、Ｔｒ６が導通して蓄積容量Ｃ１が所定値に充電される。リセット信号Ｓ２の印加が停止した後、第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５に積分信号Ｓ１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Ｃ１の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。ここでは、積分信号Ｓ１が印加される期間は、第２スキャン動作の期間とほぼ等しい。
【００４５】
スキャン回路による第２スキャン動作が終了すると、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７に信号Ｓ４が印加され、Ｔｒ７が導通して、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。その後、トランスファーゲートＳＷ１にサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）信号Ｓ３および／Ｓ３が印加され、蓄積容量Ｃ１の電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に転送され、保持される。このような動作が、各信号入力回路２１でそれぞれ同時に行われ、各センサの赤外線強度に対応した電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に保持される。その後、スキャン回路は、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧を出力する第１スキャン動作を行う。第１スキャン動作で出力される信号は、第１入力ゲート用Ｔｒ５を介して蓄積容量Ｃ１に蓄積された後Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に転送された電荷に対応する電圧信号である。
【００４６】
以上説明したように、第１実施形態では、第１入力ゲート用Ｔｒ５を介して蓄積した電荷に対応する電圧信号（主画像信号）、および第２入力ゲート用Ｔｒ８を介して蓄積した電荷に対応する電圧信号（副画像信号）の２つの信号を、１フレーム内で取得することができる。この２つの信号を外部信号処理回路３０において比較することにより、第１入力ゲート用Ｔｒ５の特性変動による雑音成分によってセンサ素子に流れる電流が大きく変動しているか否かを判定することが可能になる。すなわち、２つの信号が一致する場合には、第１入力ゲート用トランジスタの特性が雑音により変動しておらず、主画像信号が閾値を超える場合には入力光の変化による信号変化と判断される。これに対して、２つの信号が不一致の場合には、主画像信号が閾値を超えても、第１入力ゲート用トランジスタの特性が雑音により変動したのが原因と考えられ、入力光の変化による信号変化とは判断されない。
【００４７】
また、入力ゲート用トランジスタの特性が雑音により変動して大きな振幅変動を引き起こす現象は稀にしか発生しない。そのため、第１および第２の入力ゲート用トランジスタの両方の特性が、雑音により同時に変動することはほとんど発生しないと考えられる。そのため、第１入力ゲート用トランジスタＴｒ５の特性が雑音により変動した場合でも、第２入力ゲート用トランジスタＴｒ８の特性が雑音により変動することは殆どなく、２つの信号に大きな差が生じるので、雑音によりトランジスタ特性が変動したと判定できる。
【００４８】
なお、主画像信号および副画像信号の精度は、蓄積時間に関係しており、図８に示すように、主画像信号の蓄積時間は積分信号Ｓ１のオン期間であり、副画像信号の蓄積時間は副積分信号Ｓ６のオン期間である。そのため、副画像信号の精度は、主画像信号の精度より大幅に低い。しかし、副画像信号は、第１入力ゲート用Ｔｒ５の特性変動により主画像信号に大きな雑音が発生したかを判定するのに使用するだけであり、この判定が行えればよいので、高精度であることを必要としない。
【００４９】
また、主画像信号および副画像信号の両方が短時間に取得されたことが重要である。例えば高強度部分（高温部分）が移動するような場合、主画像信号の取得時間と副画像信号の取得時間が離れていると、主画像信号で検出した高強度部分の位置と、副画像信号で検出した高強度部分の位置が変化することが起きる。このような場合、同一画素の主画像信号と副画像信号の強度が大きく異なることになり、雑音による第１入力ゲート用トランジスタの特性変化が発生したと誤って判定される場合が生じる。そのため、第１実施形態のように、主画像信号および副画像信号は１フレーム内で連続して取得されることが望ましい。
【００５０】
なお、入力ゲート用トランジスタの雑音による特性変化で発生する信号のずれの方向が一定の場合、主画像信号は変化せずに副画像信号にこの方向の信号変化が発生して大きな差が生じた場合には、第１入力ゲート用トランジスタの特性は変化していないと判定することも可能である。
【００５１】
ここで、２つの経路で取得した類似の画像を比較して、雑音による大きな信号変化を検出する各種の場合について検討する。第１の方法は、赤外線カメラを２台設けて同じ方向の画像を取得して比較することである。しかし、この方法は、赤外線カメラを２台設けるためコストが大きい上、スペースの制約があり、さらに完全に同一の画像が取得できないという問題がある。
【００５２】
第２の方法は、ＦＰＡチップ１４に、赤外線２次元センサアレイ１２と読出回路１３を２組設けることである。しかし、この方法は、回路規模が大きくなり、コストが増加する上、解像度の低下という問題を生じる。
【００５３】
第３の方法は、センサ素子のみを共通に使用し、トランジスタＴｒ５〜Ｔｒ７、ＳＷ１、Ｃ１およびＣ２を２組設けることである。この場合、スキャン回路も２組設ける場合と、スキャン回路は１組で時分割でスキャン動作を行う場合がある。スキャン回路も２組設ける場合、第２の方法と同様の問題がある。スキャン回路を１組設ける場合、画素回路規模が大きくなり、影響は小さいが第２の方法と同様にコストが増加する上、解像度の低下という問題を生じる。
【００５４】
以上の第２および第３の方法では、高精度の主画像信号が２組得られることになる。この場合、前述のように入力ゲート用トランジスタの雑音による特性変化で発生する信号のずれの方向が一定であれば、雑音による特性変化が発生していない方の主画像信号を使用できるという利点がある。しかし、雑音による特性変化の方向が一定でなければ、一方の高精度の主画像信号は単に比較信号として使用されるだけで高精度を必要としないので、利点は少ない。
【００５５】
これに対して、第１実施形態の画素回路２１は、第２入力ゲート用トランジスタＴｒ８を追加するだけなので、回路構成が非常簡単で、回路規模の増加も非常に小さいが、実用上必要な画像信号処理が取得できると共に、誤差発生の十分な判定処理が行えるという利点を有する。
【００５６】
図９は、第１実施形態の赤外線撮像システムの外部信号処理回路３０の概略構成を示す図である。外部信号処理回路３０は、赤外線カメラ１０から出力される主画像信号Ｍと副画像信号Ｓの強度データを受けて、画像内に高温部分が存在するか判定し、存在すると判定した場合には警報を発生する。
【００５７】
図９に示すように、外部信号処理回路３０は、フレームメモリ３１と、主／副信号比較回路３２と、警報判定回路３３と、警報発生回路３４と、を備える。外部信号処理回路３０は、例えば、コンピュータおよびソフトウエアにより実現されるが、論理回路などで実現することも可能である。フレームメモリ３１は、主画像信号Ｍを少なくとも１フレーム分記憶する容量を有する。
【００５８】
前述の第１スキャン動作により赤外線カメラ１０から出力された主画像信号Ｍは、フレームメモリ３１に記憶されると共に、警報判定回路３３に入力される。フレームメモリ３１が１フレーム分のみ記憶する容量を有する場合には、順次上書きする形で記憶される。警報判定回路３３は、主画像信号Ｍを画素ごとにあらかじめ設定された警報の基準値と比較し、それを超える画素の場合にその位置を記憶する。
【００５９】
次に、第２スキャン動作により赤外線カメラ１０から出力された副画像信号Ｓは、主／副信号比較回路３２に入力される。主／副信号比較回路３２は、入力される副画像信号Ｓに同期してフレームメモリ３１から直前の主画像信号Ｍを画素ごとに読み出し、対応する主画像信号Ｍと副画像信号Ｓを画素ごとに比較する。そして、主／副信号比較回路３２は、主画像信号Ｍと副画像信号Ｓの画素値（信号強度）の差があらかじめ設定された雑音の基準値を超えない場合に一致を示し、基準値を超える場合に不一致を示す誤報信号を出力する。誤報信号は、警報判定回路３３が画素位置を知ることができるように、一致／不一致の画素位置を示す情報を有する必要がある。そのため、例えば画素位置を示すデータを雑音判定結果に付加する。
【００６０】
警報判定回路３３は、記憶している直前の主画像信号Ｍにおいて警報の基準値を超えた画素位置について、誤報信号が不一致信号の場合は無効として削除し、なお警報の基準値を超えた画素位置が残っている場合に、警報発生回路３４に報知する。警報発生回路３４は、この報知に応じて以上加熱、火災などの発生を知らせる警報を発生する。
【００６１】
図１０は、第１実施形態における外部信号処理回路３０の処理動作を示すフローチャートである。
【００６２】
ステップ１０１では、外部信号処理回路３０が、赤外線カメラ１０が第１スキャン動作を実行して出力する主画像信号Ｍを１画素ずつ受信する。
【００６３】
ステップ１０２では、外部信号処理回路３０が、主画像信号Ｍの１画素を、フレームメモリ３１に記憶する。
【００６４】
ステップ１０３では、警報判定回路３３が、主画像信号Ｍが警報の基準値を超えるか判定し、超えない場合はステップ１０５に進み、超える場合にはステップ１０４に進む。
【００６５】
ステップ１０４では、警報判定回路３３が、警報の基準値を超える主画像信号Ｍの閾値超画素の位置を記憶する。この画素は、高温である可能性があるが、雑音のため誤報である可能性もある。
【００６６】
ステップ１０５では、外部信号処理回路３０が、１フレーム分の主画像信号Ｍを受信したかを判定し、残りがあればステップ１０１に戻り、残りが無ければステップ１０６に進む。
【００６７】
ステップ１０６では、外部信号処理回路３０が、赤外線カメラ１０が第２スキャン動作を実行して出力する副画像信号Ｓを受信する。
【００６８】
ステップ１０７では、主／副信号比較回路３２が、フレームメモリ３１に記憶された主画像信号Ｍのうち受信した副画像信号Ｓの画素に対応するデータを読み出す。
【００６９】
ステップ１０８では、主／副信号比較回路３２が、主画像信号Ｍと副画像信号Ｓが一致するか、言い換えれば２つの信号の差が所定の小さい値以内であるか判定し、一致していればステップ１１１に進み、不一致であればステップ１０９に進む。
【００７０】
ステップ１０９では、警報判定回路３３が、不一致の画素が閾値超画素であるかを判定し、一致しなければステップ１１１に進み、一致すればステップ１１０に進む。
【００７１】
ステップ１１０では、警報判定回路３３が、閾値超画素からステップ１０８で一致しないと判定された画素を削除する。これは、ステップ１０８で不一致と判定された画素が閾値超画素である場合には、第１入力ゲート用のトランジスタが雑音のために特性が変化して閾値超画素と判定されたと考えられるからである。
【００７２】
ステップ１１１で、外部信号処理回路３０が、１フレーム分の副画像信号Ｓを受信したかを判定し、残りがあればステップ１０６に戻り、残りが無ければステップ１１２に進む。
【００７３】
ステップ１１２で、警報発生回路３４が、閾値超画素が存在するかを判定し、存在すればステップ１１３に進み、存在しなければステップ１０１に戻る。
【００７４】
ステップ１１３では、警報発生回路３４が、警報を発生する。
【００７５】
以上説明したように、第１実施形態の赤外線撮像システムでは、簡単な回路構成で、画素信号に大きな変化が発生した場合に、現実の画像の変化であるか、雑音に起因する変化であるかを判定可能になり、誤った警報発生を低減できる。
【００７６】
なお、第１実施形態の外部信号処理回路３０において、フレームメモリ３１は、副画像信号Ｓを記憶するように変形することも可能である。この場合、副画像信号Ｓをフレームメモリ３１に記憶した後、入力される主画像信号Ｍを警報の基準値と比較し、基準値を超える画素についてフレームメモリ３１から副画像信号Ｓを読み出して一致するか否か判定し、一致しない場合には基準値を超えていても警報の発生は行わない。
【００７７】
図１１は、第２実施形態の赤外線撮像システムにおける外部信号処理回路３０の構成を示す図である。図示のように、第２実施形態の外部信号処理回路３０は、第１実施形態の構成に加えて、警報補正用メモリ３５と、補正データ演算回路３６と、をさらに備える。
【００７８】
フレームメモリ３１は、主画像信号Ｍを少なくとも２フレーム分記憶する容量を有する。警報補正用メモリ３５は、警報閾値以上か判定する主画像信号Ｍを、前のフレームにおける判定結果に基づいて補正する補正データを記憶しており、動作開始時に初期値ゼロにリセットされる。
【００７９】
補正データ演算回路３６は、フレームメモリ３１および警報補正用メモリ３５に記憶されたデータにアクセス可能に構成されており、主／副信号比較回路３２からの誤報信号に応じて補正データを更新する。また、警報判定回路３３は、警報補正用メモリ３５にアクセス可能に構成されている。
【００８０】
まず、第２実施形態の処理アルゴリズムを説明する。
【００８１】
第２実施形態では、以前のフレームにおいて、主画像信号Ｍと副画像信号Ｓが一致しない画素については、一致しなくなった時のフレームとその直前のフレームの主画像信号Ｍの差分を演算し、これを補正データとして警報補正用メモリ３５に記憶しておく。なお、それ以外の画素については補正データとしてゼロが記憶されている。そして、対象フレームの主画像信号Ｍを受信すると、受信した主画像信号Ｍを補正データに応じて補正し、補正した主画像信号Ｍについて警報閾値を超えるかを判定する。すなわち、図５に示した雑音に起因する主画像信号Ｍの変化量Ｌを、このような変化が発生したフレームとその直前のフレームにおける主画像信号Ｍの値から演算して記憶しておき、それ以後はこの変化量Ｌだけ補正して警報閾値を超えるかの判定を行う。図５に示すように、主画像信号Ｍは、雑音のために一旦大きな変化量Ｌを生じると、以後その変化量を維持した上で入射光に応じて変化する。そのためのこのような補正が有効である。
【００８２】
なお、対象フレームで主画像信号Ｍと副画像信号Ｓが初めて不一致になる場合があり、その場合には対象フレームの主画像信号Ｍについて補正が行われないことになる。そこで、対象フレームで主画像信号Ｍと副画像信号Ｓが初めて不一致になった場合には、初めて不一致になった画素は閾値超画素から削除する。さらに、初めて不一致になった場合には、主画像信号Ｍの対象フレームと直前のフレームの差を演算して補正データとして記憶する。さらに、それまで不一致であった主画像信号Ｍと副画像信号Ｓが一致するように変化する場合が起きる。この場合には、補正データはゼロに戻す。
【００８３】
図１２は、第２実施形態における外部信号処理回路３０の処理動作を示すフローチャートである。
【００８４】
ステップ２０１では、外部信号処理回路３０が、警報補正用メモリ３５の補正データをすべてゼロにリセットする。
【００８５】
ステップ２０２では、外部信号処理回路３０が、赤外線カメラ１０が第１スキャン動作を実行して出力する主画像信号Ｍを１画素ずつ受信する。
【００８６】
ステップ２０３では、外部信号処理回路３０が、主画像信号Ｍの１画素を、フレームメモリ３１に記憶する。フレームメモリ３１は、少なくとも２フレームの主画像信号Ｍを記憶する容量を有しており、新たに記憶する主画像信号Ｍをもっとも古い主画像信号Ｍの上から順に上書きしていく。
【００８７】
ステップ２０４では、警報判定回路３３が、警報補正用メモリ３５から補正データを読み出して、主画像信号Ｍから補正データを減算する補正を行う。補正データがゼロの場合には、主画像信号Ｍは変化しない。
【００８８】
ステップ２０５では、警報判定回路３３が、補正した主画像信号Ｍが警報の基準値を超えるか判定し、超えない場合はステップ２０７に進み、超える場合にはステップ２０６に進む。
【００８９】
ステップ２０６では、警報判定回路３３が、補正後の主画像信号Ｍが警報の基準値を超える閾値超画素の位置を記憶する。
【００９０】
ステップ２０７では、外部信号処理回路３０が、１フレーム分の主画像信号Ｍを受信したかを判定し、残りがあればステップ２０２に戻り、残りが無ければステップ２０８に進む。
【００９１】
ステップ２０８では、外部信号処理回路３０が、赤外線カメラ１０が第２スキャン動作を実行して出力する副画像信号Ｓを受信する。
【００９２】
ステップ２０９では、主／副信号比較回路３２が、フレームメモリ３１に記憶された直前のフレームの主画像信号Ｍのうち受信した副画像信号Ｓの画素に対応するデータを読み出す。
【００９３】
ステップ２１０では、主／副信号比較回路３２が、主画像信号Ｍと副画像信号Ｓが一致するか、言い換えれば２つの信号の差が所定の小さい値以内であるか判定し、一致していればステップ２１４に進み、不一致であればステップ２１１に進む。
【００９４】
ステップ２１１では、補正データ演算回路３６が、警報補正用メモリ３５から補正データを読み出して、ステップ２１０で不一致と判定された画素が以前は一致していたか、すなわち初めて不一致と判定されたかを判定する。以前も不一致の場合にはステップ２１６に進み、初めて不一致になった時にはステップ２１２に進む。
【００９５】
ステップ２１２では、フレームメモリ３１に記憶された１つ前のフレームの主画像信号Ｍと対象フレームの主画像信号Ｍとの差を演算して、警報補正用メモリ３５の対応画素の補正データをこの差に変更する。
【００９６】
ステップ２１３では、警報判定回路３３が、記憶してある閾値超画素のうちに、初めて不一致になったと判定された画素があるか判定し、あればこの画素を閾値超画素からさ駆除する。この後ステップ２１６に進む。
【００９７】
一方、ステップ２１４では、補正データ演算回路３６が、警報補正用メモリ３５から補正データを読み出して、ステップ２１０で一致と判定された画素が以前は不一致であったか、すなわち不一致から一致に変化したかを判定する。以前も一致で変化していない場合にはステップ２１６に進み、不一致から一致に変化した時にはステップ２１５に進む。
【００９８】
ステップ２１５では、警報補正用メモリ３５の対応画素の補正データをゼロに変更する。
【００９９】
ステップ２１６では、外部信号処理回路３０が、１フレーム分の副画像信号Ｓを受信したかを判定し、残りがあればステップ２０８に戻り、残りが無ければステップ２１７に進む。
【０１００】
ステップ２１７で、警報発生回路３４が、閾値超画素が存在するかを判定し、存在すればステップ２１８に進み、存在しなければステップ２０２に戻る。
【０１０１】
ステップ２１７では、警報発生回路３４が、警報を発生し、ステップ２０２に戻る。
【０１０２】
以上説明したように、第２実施形態の赤外線撮像システムでは、第１実施形態の効果に加えて、雑音に起因して第１入力ゲート用のトランジスタの特性に変化が生じた場合でも、監視動作を継続してより的確に警報を発生できる。
【０１０３】
なお、第１実施形態の変形例は、第２実施形態にも適用可能である。
【０１０４】
図１３は、第３実施形態の赤外線撮像システムにおける読出回路１３の動作を示すタイムチャートである。第３実施形態の赤外線撮像システムは、読出回路１３の動作以外の部分は、第１および第２実施形態と同じである。
【０１０５】
図８のタイムチャートと比較して明らかなように、第３実施形態では、第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５を導通させる積分信号Ｓ１が第１スキャン動作中にもオンになること、および蓄積容量Ｃ１をリセットするリセット信号Ｓ２が第１スキャン動作中に移動していることである。
【０１０６】
１フレームの前半では、スキャン回路は、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧を出力する第１スキャン動作を行う。第１スキャン動作と並行して、画素回路２１では、第１動作モードが実行される。まず、リセットゲート用のトランジスタＴｒ６にリセット信号Ｓ２が印加され、Ｔｒ６が導通して蓄積容量Ｃ１が所定値に充電される。リセット信号Ｓ２の印加が停止した後、第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５に積分信号Ｓ１が印加され、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Ｃ１の電圧が赤外線強度に対応して変化する。ここで、スキャン回路による第１スキャン動作が終了すると、一旦積分信号Ｓ１の第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５への印加を停止する。これにより、センサ素子２４に流れる電流の蓄積容量Ｃ１への充電は停止する。
【０１０７】
そして、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７に信号Ｓ４が印加され、Ｔｒ７が導通して、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。その後、第２入力ゲート用のトランジスタＴｒ８に副積分信号Ｓ６を印加して、Ｔｒ８を導通して、赤外線強度に対応してセンサ素子２４に流れる電流によりＳ／Ｈ容量Ｃ２の電圧が赤外線強度に対応した電圧になる。すなわち、画素回路２１において第２動作モードが実行される。トランジスタＴｒ８への副積分信号Ｓ６の印加が終了した後、スキャン回路は、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧を出力する第２スキャン動作を行う。第２スキャン動作で出力される信号は、第２入力ゲート用Ｔｒ８を介してＳ／Ｈ容量Ｃ２に蓄積された電荷に対応する電圧信号である。
【０１０８】
その後、スキャン回路による第２スキャン動作と並行して、画素回路２１では、再び第１入力ゲート用のトランジスタＴｒ５に積分信号Ｓ１が印加され、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Ｃ１の電圧がさらに赤外線強度に対応して変化する。そして、スキャン回路による第２スキャン動作が終了すると、Ｓ／Ｈリセット用のトランジスタＴｒ７に信号Ｓ４が印加され、Ｔｒ７が導通して、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２の電圧レベルを所定値にリセットする。その後、トランスファーゲートＳＷ１にサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）信号Ｓ３および／Ｓ３が印加され、蓄積容量Ｃ１の電圧がＳ／Ｈ容量Ｃ２に転送され、保持される。その後、スキャン回路は、Ｓ／Ｈ容量Ｃ２に保持された電圧を出力する第１スキャン動作を行う。
【０１０９】
第３実施形態では、第１実施形態に比べて、同じフレーム期間であるが、センサ素子２４に流れる電流の蓄積容量Ｃ１への充電期間が約２倍であるため、感度および精度が向上する。
【０１１０】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【０１１１】
以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
アレイ状に配列された複数のセンサ素子と、前記複数のセンサ素子の検出信号を読み出す読出回路と、を備えるイメージセンサであって、
前記読出回路は、
蓄積容量と、サンプルホールド容量と、前記センサ素子と前記蓄積容量の間に設けられた第１入力ゲート回路と、前記蓄積容量と前記サンプルホールド容量の間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路と、前記センサ素子と前記サンプルホールド容量の間に設けられた第２入力ゲート回路と、を備え、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路と、
前記複数の画素回路の前記サンプルホールド容量の信号を読み出すスキャン回路と、を備え、
前記スキャン回路は、前記第１入力ゲート回路を介して前記蓄積容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号を前記サンプルホールドスイッチ回路を介して前記サンプルホールド容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、前記第２入力ゲート回路を介して前記サンプルホールド容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行することを特徴とするイメージセンサ。
（付記２）
前記スキャン回路は、前記第１スキャン動作と前記第２スキャン動作を交互に実行する付記１に記載のイメージセンサ。
（付記３）
前記第１入力ゲート回路および前記第２入力ゲート回路は、同時にオン状態にならない付記１に記載のイメージセンサ。
（付記４）
前記第１入力ゲート回路は、前記第１スキャン動作および前記第２スキャン動作中にオン状態になる付記１に記載のイメージセンサ。
（付記５）
前記センサ素子は、当該センサ素子への入力光により抵抗が変化する光伝導型素子である付記１に記載のイメージセンサ。
（付記６）
イメージセンサと、
前記イメージセンサの出力する画像信号を処理する信号処理回路と、を備える撮像システムであって、
前記イメージセンサは、アレイ状に配列された複数のセンサ素子と、前記複数のセンサ素子の検出信号を読み出す読出回路と、を備え、前記読出回路は、
蓄積容量と、サンプルホールド容量と、前記センサ素子と前記蓄積容量の間に設けられた第１入力ゲート回路と、前記蓄積容量と前記サンプルホールド容量の間に設けられたサンプルホールドスイッチ回路と、前記センサ素子と前記サンプルホールド容量の間に設けられた第２入力ゲート回路と、を備え、各センサ素子に対応して設けられた複数の画素回路と、
前記複数の画素回路の前記サンプルホールド容量の信号を読み出すスキャン回路と、を備え、
前記スキャン回路は、前記第１入力ゲート回路を介して前記蓄積容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号を前記サンプルホールドスイッチ回路を介して前記サンプルホールド容量に転送した信号の読み出しを行う第１スキャン動作と、前記第２入力ゲート回路を介して前記サンプルホールド容量に蓄積した前記センサ素子の検出信号の読み出しを行う第２スキャン動作と、を実行し、
前記信号処理回路は、前記第１スキャン動作時の前記画像信号と前記第２スキャン動作時の前記画像信号の対応画素の強度が類似しているか否かを判定する類似判定回路を備える撮像システム。
（付記７）
前記信号処理回路は、
前記第１スキャン動作時の前記画像信号の強度が所定値を超えたかを判定する強度判定回路と、
前記画像信号の強度が前記所定値を超えると共に、前記類似判定回路の判定結果が類似である時に、警報を発生する警報発生回路と、を備える付記６に記載の撮像システム。
（付記８）
前記信号処理回路は、
前記第１スキャン動作時の前記画像信号と前記第２スキャン動作時の前記画像信号の少なくとも一方の画素ごとの強度を１フレーム分記憶するメモリを備える付記７に記載の撮像システム。
（付記９）
前記メモリは、前記第１スキャン動作時の前記画像信号の画素ごとの強度を少なくとも２フレーム分記憶し、
前記信号処理回路は、
画素ごとの警報発生用補正データを１フレーム分記憶する補正用メモリと、
前記類似判定回路が類似していないと判定した時に、前フレームと対象フレームの信号強度差を、前記補正用メモリの対応画素アドレスに書き込み、前記類似判定回路が類似していると判定した時に前記補正用メモリの対応画素アドレスのデータをゼロにリセットする補正用メモリ書き込み回路と、
前記第１スキャン動作時の前記画像信号の画素ごとの強度を、前記補正用メモリのデータで対応画素ごとに補正するデータ補正回路と、を備え、
前記強度判定回路は、補正された前記第１スキャン動作時の前記画像信号の画素ごとの強度を使用して判定を実行する付記８に記載の撮像システム。
【符号の説明】
【０１１２】
１０    赤外線カメラ
１１    レンズ
１２    ２次元センサアレイ
１３    （ＣＭＯＳ）読出回路
１４    ＦＰＡチップ
２１    画素回路
２４    センサ素子
３０    信号処理回路
３１    フレームメモリ
３２    主／副信号比較回路
３３    警報判定回路
３４    警報発生回路
Ｔｒ５    第１入力ゲート用トランジスタ
Ｔｒ８    第２入力ゲート用トランジスタ
Ｃ１    蓄積容量
Ｃ２    Ｓ／Ｈ容量
【図１】
2011142558.tif 000003
【図２】
2011142558.tif 000004
【図３】
2011142558.tif 000005
【図４】
2011142558.tif 000006
【図５】
2011142558.tif 000007
【図６】
2011142558.tif 000008
【図７】
2011142558.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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