(57)【要約】【課題】アナログ画像信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換手段として標準的な分解能のＡ／Ｄ変換手段を用いても、高い温度分解能を得ることができるようにした撮像システムを提供する。【解決手段】フレームメモリ５３に基準電圧を書き込む。フレームメモリ５３に書き込んだ基準電圧を出力し、各赤外線撮像検知素子ユニット３９の出力（減算回路６１の出力）を読み出し、フレームメモリ４９に書き込む。フレームメモリ４９に書き込んだ画像信号にフレームメモリ５３に書き込んだオフセット電圧を加えた電圧より小さい電圧（減算しても画像表示に影響のない電圧）をオフセット電圧としてフレームメモリ５３に書き込む。フレームメモリ５３に書き込んだオフセット電圧を出力し、各赤外線撮像検知素子ユニット３９の出力（増幅回路６２の出力）を読み出し、画像表示を行う。【選択図】    図１
2004228936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光検知素子を有する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される画像信号の処理を行う画像信号処理装置を有する撮像システムであって、
前記画像信号処理装置は、前記光検知素子毎のオフセット電圧を前記撮像素子に供給するオフセット電圧供給手段を有し、
前記撮像素子は、前記光検知素子毎に、前記光検知素子から得られる画像信号から前記オフセット電圧を減算する減算回路と、前記減算回路の出力を増幅する増幅回路を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
複数の光検知素子を有する撮像素子から出力されるアナログ画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル画像信号を一時的に記憶させる画像信号記憶手段を有する画像信号処理装置であって、
前記光検知素子毎のオフセット電圧のデジタル値を記憶させるオフセット電圧記憶手段と、
前記オフセット電圧記憶手段に記憶させたオフセット電圧をアナログ化して前記撮像素子に供給するオフセット電圧供給手段を有することを特徴とする画像信号処理装置。
【請求項３】
複数の光検知素子と、
前記光検知素子毎に画像信号読み出し回路を有する撮像素子であって、
前記画像信号読み出し回路は、対応する光検知素子から得られる画像信号から、外部から供給されるオフセット電圧を減算する減算回路と、前記減算回路の出力を増幅する増幅回路と、前記減算回路又は前記増幅回路の出力を画像信号として選択する選択回路を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
前記外部から供給されるオフセット電圧を、選択された画像信号読み出し回路だけに供給するオフセット電圧供給手段を有することを特徴とする請求項３記載の撮像素子。
【請求項５】
前記画像信号読み出し回路毎に、前記外部から供給されるオフセット電圧を記憶するオフセット電圧記憶手段を有することを特徴とする請求項３記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像システム（例えば、赤外線撮像システム）と、撮像システムに使用する画像信号処理装置及び撮像素子に関する。
【０００２】
例えば、赤外線撮像システムにおいては、室温（〜３００Ｋ）の背景による輻射と、ターゲット、例えば、人物（〜３１０Ｋ）による輻射を分離できなければならない。実際には、０．０１Ｋの温度分解能が必要とされる用途もあり、画像信号読み出し回路には、広いダイナミックレンジが必要である。
【０００３】
【従来の技術】
図４は従来の赤外線撮像システムの一例の要部を示す回路図である。図４中、１は従来のハイブリッド形の赤外線撮像素子、２は赤外線撮像素子１のアナログ画像信号出力端子に接続された負荷抵抗、３は赤外線撮像素子１のアナログ画像信号出力端子に接続された出力配線である。
【０００４】
４は赤外線撮像素子１から出力されるアナログ画像信号を処理してアナログＮＴＳＣ画像信号を出力する画像信号処理装置、５は画像信号処理装置４から出力されるアナログＮＴＳＣ画像信号を入力して画像表示を行うディスプレイ（例えば、ＣＲＴ）である。
【０００５】
赤外線撮像素子１において、６は１画素ごとに設けられている赤外線検知素子ユニット、７は垂直走査信号を出力する垂直シフトレジスタ、８は垂直シフトレジスタ７から垂直走査信号が出力される垂直走査信号線、９は垂直走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御される転送ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタである。
【０００６】
１０は赤外線検知素子ユニット６から出力される画像信号を伝送する画像信号線、１１は水平走査信号を出力する水平シフトレジスタ、１２は画像信号線１０に出力された各画素の画像信号をマルチプレクスして各画素の画像信号を連続してなるアナログ画像信号を出力するマルチプレクサであり、１３は水平走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御されるｎＭＯＳトランジスタである。
【０００７】
また、画像信号処理装置４において、１４は赤外線撮像素子１から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ、１５はＡ／Ｄ変換ＩＣ１４から出力されるデジタル画像信号を格納するフレームメモリ、１６はフレームメモリ１５から出力されるデジタル画像信号についてＮＴＳＣ信号化処理等の画像信号処理を行うＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）である。
【０００８】
１７はＤＳＰ１６から出力されるデジタルＮＴＳＣ画像信号を格納するビデオメモリ、１８はビデオメモリ１７から出力されるデジタルＮＴＳＣ画像信号をアナログＮＴＳＣ画像信号に変換してディスプレイ５に転送するＤ／Ａ変換ＩＣである。
【０００９】
二点鎖線Ｘ４で囲んだ部分は、赤外線検知素子ユニット６の回路構成を示しており、１９は赤外線検知素子（例えば、フォトダイオード）、２０は赤外線検知素子１９に対応して設けられている画像信号読み出し回路である（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
画像信号読み出し回路２０において、２１は入力ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、ＩＧはｎＭＯＳトランジスタ２１のＯＮ、ＯＦＦを制御する入力ゲート制御信号、２２は赤外線検知素子１９から出力される信号電荷を蓄積して積分する積分容量である。
【００１１】
２３はサンプルホールドゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、ＳＨはｎＭＯＳトランジスタ２３のＯＮ、ＯＦＦを制御するサンプルホールド制御信号、２４は積分容量２２に蓄積された信号電荷をサンプルホールドするサンプルホールド容量である。
【００１２】
２５はサンプルホールド容量２４にサンプルホールドされた信号電荷の量に対応した画像信号を出力するアンプを構成するｎＭＯＳトランジスタ、ＶＤＤは電源電圧である。
【００１３】
２６は積分容量２２及びサンプルホールド容量２４をリセットするためのｎＭＯＳトランジスタ、ＶＲはリセット電圧、ＳＲはｎＭＯＳトランジスタ２６のＯＮ、ＯＦＦを制御するリセット制御信号である。
【００１４】
このように構成された赤外線検知素子ユニット６では、積分期間前に、ｎＭＯＳトランジスタ２１＝ＯＦＦ、ｎＭＯＳトランジスタ２３、２６＝ＯＮとされ、積分容量２２及びサンプルホールド容量２４がリセットされる。
【００１５】
積分期間になると、ｎＭＯＳトランジスタ２１＝ＯＮ、ｎＭＯＳトランジスタ２３、２６＝ＯＦＦとされ、赤外線検知素子１９からの信号電荷が積分容量２２に転送されて積分される。
【００１６】
その後、非積分期間になると、ｎＭＯＳトランジスタ２１＝ＯＦＦ、ｎＭＯＳトランジスタ２３＝ＯＮとされ、積分容量２２に蓄積された信号電荷がｎＭＯＳトランジスタ２３を介してサンプルホールド容量２４にサンプルホールドされ、赤外線検知素子１９が出力した信号電荷量に対応した画像信号がｎＭＯＳトランジスタ２５から出力される。
【００１７】
図５は図４に示す従来の赤外線撮像システムの模式的構成図である。図５中、２７は赤外レンズ、２８は赤外透過窓、２９は真空容器、３０は冷凍機、３１はコールドシールド、３２Ａは赤外線検知素子１９がマトリクス状に配列された赤外線検知素子アレイ、３２Ｂは画像信号読み出し回路２０が作り込まれている読み出しＩＣであり、赤外線検知素子アレイ３２Ａと読み出しＩＣとで赤外線撮像素子１が構成されている。
【００１８】
図４に示す従来の赤外線撮像システムにおいては、ＤＳＰ１６において、室温（〜３００Ｋ）の背景に起因する信号を各赤外線検知素子ユニット６から出力された画像信号から差し引き、更に、ターゲットからの画像信号を増幅することにより、高い温度分解能で画像表示することが行われる。
【００１９】
【非特許文献１】
Ｍｉｃｈａｅｌ．Ａ．Ｋｉｎｃｈ  ”ＨＤＶＩＰＴＭＦＰＡ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｔ  ＤＲＳ”，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４３６９  （２００１）  ｐｐ５６６−５７８
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
赤外線撮像素子１は、例えば、８０Ｋ以下に冷却する必要があり、冷却用の真空容器２９内に配置された赤外線撮像素子１から外部にアナログ画像信号を取り出すための出力配線３は長くなってしまうが、熱抵抗を考慮すると、シールド配線を使用することができない。このため、誘導などによる雑音が大きくなって、アナログ画像信号を広いダイナミックレンジで取り扱うことが困難であるという問題点があった。
【００２１】
また、画像信号処理装置４では、ダイナミックレンジの広いアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するためには、Ａ／Ｄ変換ＩＣ１４として、高額な高分解能（例えば、１２ｂｉｔ〜１４ｂｉｔ）のＡ／Ｄ変換ＩＣが必要となる。しかも、ビデオ帯域の高分解能Ａ／Ｄ変換ＩＣを使用した低雑音回路を設計するためには、電源やグランドなどの配線、つまりプリント基板上の実装に細心の注意をはらわねばならないという問題もあった。
【００２２】
本発明は、かかる点に鑑み、アナログ画像信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換手段として、標準的な分解能のＡ／Ｄ変換手段を用いても、高い温度分解能を得ることができるようにした撮像システムと、このような撮像システムに使用することに適した画像信号処理装置及び撮像素子を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像システムは、複数の光検知素子を有する撮像素子と、この撮像素子から出力される画像信号の処理を行う画像信号処理装置を有する撮像システムであって、画像信号処理装置は、光検知素子毎のオフセット電圧を撮像素子に供給するオフセット電圧供給手段を有し、撮像素子は、光検知素子毎に、光検知素子から得られる画像信号からオフセット電圧を減算する減算回路と、この減算回路の出力を増幅する増幅回路を有するというものである。
【００２４】
本発明の画像信号処理装置は、複数の光検知素子を有する撮像素子から出力されるアナログ画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル画像信号を一時的に記憶させる画像信号記憶手段を有する画像信号処理装置であって、光検知素子毎のオフセット電圧のデジタル値を記憶させるオフセット電圧記憶手段と、オフセット電圧記憶手段に記憶させたオフセット電圧をアナログ化して撮像素子に供給するオフセット電圧供給手段を有するというものである。
【００２５】
本発明の撮像素子は、複数の光検知素子と、光検知素子毎に画像信号読み出し回路を有する撮像素子であって、画像信号読み出し回路は、対応する光検知素子から得られる画像信号から、外部から供給されるオフセット電圧を減算する減算回路と、この減算回路の出力を増幅する増幅回路と、減算回路又は増幅回路の出力を画像信号として選択する選択回路を有するというものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して、本発明の撮像システム、画像信号処理装置及び撮像素子の実施形態について、本発明を赤外線撮像システムに適用した場合を例にして説明する。
【００２７】
（本発明の撮像システムの第１実施形態・・図１）
図１は本発明の撮像システムの第１実施形態（赤外線撮像システム）の要部を示す回路図である。図１中、３３はハイブリッド形の赤外線撮像素子であり、本発明の撮像素子の第１実施形態である。
【００２８】
３４は赤外線撮像素子３３のアナログ画像信号出力端子に接続された負荷抵抗、３５は赤外線撮像素子３３のアナログ画像信号出力端子に接続された出力配線、３６は赤外線撮像素子３３のオフセット電圧入力端子に接続された入力配線である。
【００２９】
３７は赤外線撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号を処理してアナログＮＴＳＣ画像信号を出力すると共に、赤外線撮像素子３３に対してオフセット電圧を供給する画像信号処理装置であり、本発明の画像信号処理装置の第１実施形態である。３８は画像信号処理装置３７から出力されるアナログＮＴＳＣ画像信号を入力して画像表示を行うディスプレイである。
【００３０】
赤外線撮像素子３３において、３９は１画素ごとに設けられている赤外線検知素子ユニット、４０は垂直走査信号を出力する垂直シフトレジスタ、４１は垂直シフトレジスタ４０から垂直走査信号が出力される垂直走査信号線、４２は垂直走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御される転送ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタである。
【００３１】
４３は赤外線検知素子ユニット３９から出力される画像信号を伝送する画像信号線、４４は水平走査信号を出力する水平シフトレジスタ、４５は画像信号線４３に出力された各画素の画像信号をマルチプレクスして各画素の画像信号を連続してなるアナログ画像信号を出力するマルチプレクサ、４６は水平走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御されるｎＭＯＳトランジスタ、４７はオフセット電圧線である。
【００３２】
また、画像信号処理装置３７において、４８は赤外線撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ、４９はＡ／Ｄ変換ＩＣ４８から出力されるデジタル画像信号を格納するフレームメモリ、５０はフレームメモリ４９から出力されるデジタル画像信号についてＮＴＳＣ信号化処理等の画像信号処理を行うＤＳＰである。
【００３３】
５１はＤＳＰ５０から出力されるデジタルＮＴＳＣ画像信号を格納するビデオメモリ、５２はビデオメモリ５１から出力されるデジタルＮＴＳＣ画像信号をアナログＮＴＳＣ画像信号に変換してディスプレイ３８に転送するＤ／Ａ変換ＩＣである。
【００３４】
５３は赤外線撮像素子３３に供給すべきオフセット電圧をデジタル値で記憶させるためのフレームメモリ、５４はフレームメモリ５３から出力されるデジタル値のオフセット電圧をアナログ値に変換して入力配線３６を介して赤外線撮像素子３３に供給するＤ／Ａ変換ＩＣである。
【００３５】
二点鎖線Ｘ１で囲んだ部分は、赤外線検知素子ユニット３９の回路構成を示しており、５５は赤外線検知素子（例えば、フォトダイオード）、５６は赤外線検知素子５５に対応して設けられた画像信号読み出し回路である。
【００３６】
画像信号読み出し回路５６において、５７は入力ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、ＩＧはｎＭＯＳトランジスタ５７のＯＮ、ＯＦＦを制御する入力ゲート制御信号、５８は赤外線検知素子５５から出力される信号電荷を蓄積して積分する積分容量である。
【００３７】
５９はサンプルホールドゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、ＳＨはｎＭＯＳトランジスタ５９のＯＮ、ＯＦＦを制御するサンプルホールド制御信号、６０は積分容量５８に蓄積された信号電荷をサンプルホールドするサンプルホールド容量である。
【００３８】
６１はサンプルホールド容量６０の電極６０Ａの電圧からＤ／Ａ変換ＩＣ５４の出力電圧（オフセット電圧）を減算する減算回路、６２は減算回路６１から出力される画像信号を増幅する増幅回路である。
【００３９】
６３、６４は選択回路を構成するスイッチ、６５は減算回路６１又は増幅回路６２の出力を増幅して画像信号を出力するアンプを構成するｎＭＯＳトランジスタ、ＶＤＤは電源電圧である。
【００４０】
６６は積分容量５８及びサンプルホールド容量６０をリセットするためのｎＭＯＳトランジスタ、ＶＲはリセット電圧、ＳＲはｎＭＯＳトランジスタ６６のＯＮ、ＯＦＦを制御するリセット制御信号である。
【００４１】
本発明の撮像システムの第１実施形態においては、まず、フレームメモリ５３内の全てのアドレスにオフセット電圧として基準電圧（例えば、０Ｖ）を書き込む（ステップＳ１）。
【００４２】
そして、図４に示す従来例の場合と同様にして、サンプルホールド容量６０に信号電荷をサンプルホールドした後、垂直シフトレジスタ４０及び水平シフトレジスタ４４を動かして各赤外線撮像検知素子ユニット３９の出力を読み出す（ステップＳ２）。その際、各赤外線撮像検知素子ユニット３９毎にフレームメモリ５３に書き込まれたオフセット電圧をＤ／Ａ変換ＩＣ５４から出力する。
【００４３】
この時、スイッチ６３＝ＯＮ、スイッチ６４＝ＯＦＦにして、増幅回路６２をバイパスして減算回路６１の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ４８でＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ４９に書き込む。
【００４４】
次に、フレームメモリ４９に書き込まれたアナログ画像信号にフレームメモリ５３に書き込まれているオフセット電圧を加えた電圧より小さい電圧であって、減算しても画像表示に影響のない電圧を、オフセット電圧として、改めて、フレームメモリ５３に書き込む（ステップＳ３）。この計算はＤＳＰ５０で行う。
【００４５】
次に、図４に示す従来例の場合と同様にして、サンプルホールド容量６０に信号電荷をサンプルホールドした後、垂直シフトレジスタ４０及び水平シフトレジスタ４４を動かして各赤外線撮像検知素子ユニット３９の出力を読み出す（ステップＳ４）。その際、各赤外線撮像検知素子ユニット３９毎にフレームメモリ５３に書き込まれたオフセット電圧をＤ／Ａ変換ＩＣ５４から出力する。
【００４６】
この時、スイッチ６３＝ＯＦＦ、スイッチ６４＝ＯＮにして、増幅回路６２の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ４８でＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ４９に書き込み、フレームメモリ４９に書き込まれたアナログ画像信号をもとにディスプレイ３８において画像表示を行う。
【００４７】
その後、ステップＳ３、Ｓ４の動作を繰り返し、もし、ターゲット温度や背景温度の変化によりレンジオーバになったときには、ステップＳ１〜Ｓ４を実行し、再び、ステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。
【００４８】
以上のように、本発明の撮像システムの第１実施形態によれば、赤外線検知素子５５から得られる画像信号、すなわち、サンプルホールド容量６０の電極６０Ａに得られる電圧からオフセット電圧（減算しても画像表示に影響のない電圧）を減算した画像信号を増幅回路６２で増幅することができるので、赤外線撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ４８として、標準的な分解能（例えば、８ｂｉｔ〜１０ｂｉｔ）のＡ／Ｄ変換ＩＣを用いても、高い温度分解能を得ることができる。
【００４９】
しかも、背景温度の違いや赤外線検知素子５５の不均一性に起因して赤外線検知素子ユニット３９毎にオフセット電圧にばらつきがあっても、赤外線検知素子ユニット３９毎に異なるオフセット電圧を差し引くことができるので、この点からも、高い温度分解能を得ることができる。
【００５０】
（第２実施形態・・図２）
図２は本発明の撮像システムの第２実施形態（赤外線撮像システム）の要部を示す回路図である。本発明の撮像システムの第２実施形態は、本発明の撮像システムの第１実施形態が備えるハイブリッド形の赤外線撮像素子３３と回路構成の異なるハイブリッド形の赤外線撮像素子６７を設け、その他については、本発明の撮像システムの第１実施形態と同様に構成したものである。
【００５１】
赤外線撮像素子６７は、本発明の撮像素子の第２実施形態であり、図１に示す赤外線撮像素子３３が備えるマルチプレクサ４５の代わりに、マルチプレクサ／デマルチプレクサ６８を設けると共に、赤外線検知素子ユニット３９毎にオフセット電圧の転送ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ６９を設け、その他については、図１に示す赤外線撮像素子３３と同様に構成したものである。
【００５２】
なお、マルチプレクサ／デマルチプレクサ６８において、７０はマルチプレクサを構成するｎＭＯＳトランジスタ、７１はデマルチプレクサを構成するｎＭＯＳトランジスタであり、共に水平走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御される。
【００５３】
本発明の撮像システムの第２実施形態においては、まず、フレームメモリ５３内の全てのアドレスにオフセット信号として基準電圧（例えば、０Ｖ）を書き込む（ステップＳ１）。
【００５４】
そして、図４に示す従来例の場合と同様にして、サンプルホールド容量６０に信号電荷をサンプルホールドした後、垂直シフトレジスタ４０及び水平シフトレジスタ４４を動かして各赤外線撮像検知素子ユニット３９の出力を読み出す（ステップＳ２）。
【００５５】
その際、マルチプレクサ／デマルチプレクサ６８のｎＭＯＳトランジスタ７０を介して、画像信号を読み出そうとしている赤外線撮像検知素子ユニット３９だけにフレームメモリ５３に書き込まれたオフセット電圧をＤ／Ａ変換ＩＣ５４から出力する。
【００５６】
この時、スイッチ６３＝ＯＮ、スイッチ６４＝ＯＦＦにして、増幅回路６２をバイパスして減算回路６１の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ４８でＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ４９に書き込む。
【００５７】
次に、フレームメモリ４９に書き込まれたアナログ画像信号にフレームメモリ５３に書き込まれているオフセット電圧を加えた電圧より小さい電圧であって、減算しても画像表示に影響のない電圧を、オフセット電圧として、改めて、フレームメモリ５３に書き込む（ステップＳ３）。この計算はＤＳＰ５０で行う。
【００５８】
次に、図４に示す従来例の場合と同様にして、サンプルホールド容量６０に信号電荷をサンプルホールドした後、垂直シフトレジスタ４０及び水平シフトレジスタ４４を動かして各赤外線撮像検知素子ユニット３９の出力を読み出す（ステップＳ４）。
【００５９】
その際、画像信号を読み出そうとしている赤外線撮像検知素子ユニット３９毎にマルチプレクサ／デマルチプレクサ６８のｎＭＯＳトランジスタ７１を介して、フレームメモリ５３に書き込まれたオフセット電圧をＤ／Ａ変換ＩＣ５４から出力する。
【００６０】
この時、スイッチ６３＝ＯＦＦ、スイッチ６４＝ＯＮにして、増幅回路６２の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ４８でＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ４９に書き込み、フレームメモリ４９に書き込まれたアナログ画像信号をもとにディスプレイ３８において画像表示する。
【００６１】
その後、ステップＳ３、Ｓ４の動作を繰り返し、もし、ターゲット温度や背景温度の変化によりレンジオーバになったときには、ステップＳ１〜Ｓ４を実行し、再び、ステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。
【００６２】
以上のように、本発明の撮像システムの第２実施形態によれば、赤外線検知素子５５から得られる画像信号、すなわち、サンプルホールド容量６０の電極６０Ａに得られる電圧からオフセット電圧（減算しても画像表示に影響のない電圧）を減算した画像信号を増幅回路６２で増幅することができるので、赤外線撮像素子６７から出力されるアナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ４８として、標準的な分解能（例えば、８ｂｉｔ〜１０ｂｉｔ）のＡ／Ｄ変換ＩＣを用いても、高い温度分解能を得ることができる。
【００６３】
しかも、背景温度の違いや赤外線検知素子５５の不均一性に起因して赤外線検知素子ユニット３９毎にオフセット電圧にばらつきがあっても、赤外線検知素子ユニット３９毎に異なるオフセット電圧を差し引くことができるので、この点からも、高い温度分解能を得ることができる。
【００６４】
（第３実施形態・・図３）
図３は本発明の撮像システムの第３実施形態（赤外線撮像システム）の要部を示す回路図である。図３中、７２はハイブリッド形の赤外線撮像素子であり、本発明の撮像素子の第３実施形態である。
【００６５】
７３は赤外線撮像素子７２のアナログ画像信号出力端子７２Ａに接続された入出力配線であり、本例では、アナログ画像信号出力端子７２Ａはオフセット電圧入力端子としても使用される。
【００６６】
７４は赤外線撮像素子７２から出力されるアナログ画像信号を処理してアナログＮＴＳＣ画像信号を出力すると共に、赤外線撮像素子７２に対してオフセット電圧を供給する画像信号処理装置であり、本発明の画像信号処理装置の第２実施形態である。７５は画像信号処理装置７４から出力されるアナログＮＴＳＣ画像信号を入力して画像表示を行うディスプレイである。
【００６７】
赤外線撮像素子７２において、７６は１画素ごとに設けられている赤外線検知素子ユニット、７７は垂直走査信号を出力する垂直シフトレジスタ、７８は垂直シフトレジスタ７７から垂直走査信号が出力される垂直走査信号線である。
【００６８】
７９は垂直走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御される転送ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、８０は赤外線検知素子ユニット７６から出力される画像信号を伝送する画像信号線であり、本例では、画像信号線８０は、オフセット電圧供給線としても使用される。
【００６９】
８１は水平走査信号を出力する水平シフトレジスタ、８２はマルチプレクサ／デマルチプレクサであり、画像信号読み出し時には、画像信号線８０に出力された各画素の画像信号をマルチプレクスして各画素の画像信号を連続してなるアナログ画像信号を出力し、オフセット電圧供給時には、画像信号処理装置７４から供給されるオフセット電圧をデマルチプレクスする。８３は水平走査信号によりＯＮ、ＯＦＦが制御されるｎＭＯＳトランジスタである。
【００７０】
また、画像信号処理装置７４において、８４はスイッチであり、赤外線撮像素子７２から出力されるアナログ画像信号を入力する時はＯＮ、それ以外の時はＯＦＦとされる。
【００７１】
８５は負荷抵抗、８６は赤外線撮像素子７２から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ、８７はＡ／Ｄ変換ＩＣ８６から出力されるデジタル画像信号を格納するフレームメモリ、８８はフレームメモリ８７から出力されるデジタル画像信号についてＮＴＳＣ信号化処理等の画像信号処理を行うＤＳＰである。
【００７２】
８９はＤＳＰ８８から出力されるデジタルＮＴＳＣ画像信号を格納するビデオメモリ、９０はビデオメモリ８９から出力されるデジタルＮＴＳＣ画像信号をアナログＮＴＳＣ画像信号に変換してディスプレイ７５に転送するＤ／Ａ変換ＩＣである。
【００７３】
９１は赤外線撮像素子７２に供給すべきオフセット電圧をデジタル値で記憶させるためのフレームメモリ、９２はフレームメモリ８７から出力されるデジタル値のオフセット電圧をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換ＩＣ、９３はスイッチであり、オフセット電圧出力時にはＯＮ、それ以外の時はＯＦＦとされる。
【００７４】
二点鎖線Ｘ３で囲んだ部分は、赤外線検知素子ユニット７６の回路構成を示している。９４は赤外線検知素子（例えば、フォトダイオード）、９５は赤外線検知素子９４に対応して設けられた画像信号読み出し回路である。
【００７５】
画像信号読み出し回路９５において、９６は入力ゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、ＩＧはｎＭＯＳトランジスタ９６のＯＮ、ＯＦＦを制御する入力ゲート制御信号、９７は赤外線検知素子９４から出力される信号電荷を蓄積して積分する積分容量である。
【００７６】
９８はサンプルホールドゲートをなすｎＭＯＳトランジスタ、ＳＨはｎＭＯＳトランジスタ９８のＯＮ、ＯＦＦを制御するサンプルホールド制御信号、９９は積分容量９７に蓄積された信号電荷をサンプルホールドするサンプルホールド容量である。
【００７７】
１００はオフセット電圧を記憶させるオフセット電圧記憶手段をなすオフセット容量、１０１はサンプルホールド容量９９の電極９９Ａの電圧からオフセット容量１００の電極１００Ａの電圧を減算する減算回路、１０２は減算回路１０１から出力される画像信号を増幅する増幅回路、１０３、１０４は選択回路を構成するスイッチである。
【００７８】
１０５は減算回路１０１又は増幅回路１０２の出力を増幅して画像信号を出力するアンプを構成するｎＭＯＳトランジスタ、ＶＤＤは電源電圧、１０６、１０７はスイッチである。
【００７９】
１０８は積分容量９７及びサンプルホールド容量９９をリセットするためのｎＭＯＳトランジスタ、ＶＲはリセット電圧、ＳＲはｎＭＯＳトランジスタ１０８のＯＮ、ＯＦＦを制御するリセット制御信号である。
【００８０】
本発明の撮像システムの第３実施形態においては、まず、フレームメモリ８７内の全てのアドレスにオフセット信号として基準電圧（例えば、０Ｖ）を書き込む。そして、赤外線撮像素子７２からの画像信号の読み出し前に、Ｄ／Ａ変換ＩＣ９２からオフセット電圧を出力する（ステップＳ１）。
【００８１】
この時、スイッチ８４＝ＯＦＦ、スイッチ９３＝ＯＮ、スイッチ１０６＝ＯＮ、スイッチ１０７＝ＯＦＦにして、画像信号読み出し回路９５の画像信号線８０をオフセット電圧供給線として用い、垂直シフトレジスタ７７及び水平シフトレジスタ８１を動かして、各赤外線検知素子ユニット７６のオフセット容量１００にオフセット電圧を記憶させる。
【００８２】
次に、図４に示す従来例の場合と同様にして、サンプルホールド容量９９に信号電荷をサンプルホールドし、減算回路１０１において、サンプルホールド容量９９の電極９９Ａの電圧からオフセット容量１００の電極１００Ａの電圧（オフセット電圧）を減算する（ステップＳ２）。
【００８３】
この時、スイッチ１０６＝ＯＦＦ、スイッチ１０７＝ＯＮ、スイッチ１０３＝ＯＮ、スイッチ１０４＝ＯＦＦにして、増幅回路１０２をバイパスし、減算回路１０１の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ８６でＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ８７に書き込む。
【００８４】
次に、フレームメモリ８７に書き込まれたアナログ画像信号にフレームメモリ９１に書き込まれているオフセット電圧（この例では、０Ｖ）を加えた電圧より小さい電圧であって、減算しても画像表示に影響のない電圧を、オフセット電圧として、改めて、フレームメモリ９１に書き込む（ステップＳ３）。この計算は、ＤＳＰ８８で行う。
【００８５】
この時、スイッチ８４＝ＯＦＦ、スイッチ９３＝ＯＮ、スイッチ１０６＝ＯＮ、スイッチ１０７＝ＯＦＦにして、画像信号読み出し回路９５の画像信号線８０をオフセット電圧供給線として用い、垂直シフトレジスタ７７及び水平シフトレジスタ８１を動かして、各赤外線検知素子ユニット７６のオフセット容量１００にオフセット電圧を記憶させる。
【００８６】
次に、図４に示す従来例の場合と同様にして、サンプルホールド容量９９に信号電荷をサンプルホールドし、減算回路１０１において、サンプルホールド容量９９の電極９９Ａの電圧からオフセット容量１００の電極１００Ａの電圧（オフセット電圧）を減算する（ステップＳ４）。
【００８７】
この時、スイッチ１０６＝ＯＦＦ、スイッチ１０７＝ＯＮ、スイッチ１０３＝ＯＮ、スイッチ１０４＝ＯＦＦにして増幅回路１０２の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ８６でＡ／Ｄ変換後、フレームメモリ８７に書き込み、フレームメモリ８７に書き込まれたアナログ画像信号をもとにディスプレイ７５において画像表示する。
【００８８】
その後、ステップＳ３、Ｓ４の動作を繰り返す。なお、オフセット電圧はオフセット容量１００に記憶されるので、リフレッシュが必要である。このため、間欠的にステップＳ２、Ｓ３を実行する。また、もし、ターゲット温度や背景温度の変化によりレンジオーバになったときには、ステップＳ１〜Ｓ４を実行し、再び、ステップＳ３、Ｓ４を繰り返す。
【００８９】
以上のように、本発明の撮像システムの第３実施形態によれば、赤外線検知素子９４から得られる画像信号、すなわち、サンプルホールド容量９９の電極９９Ａに得られる電圧からオフセット電圧（減算しても画像表示に影響のない電圧）を減算した画像信号を増幅回路１０２で増幅することができるので、赤外線撮像素子７２から出力されるアナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ＩＣ８６として、標準的な分解能（例えば、８ｂｉｔ〜１０ｂｉｔ）のＡ／Ｄ変換ＩＣを用いても、高い温度分解能を得ることができる。
【００９０】
しかも、背景温度の違いや赤外線検知素子９４の不均一性に起因して赤外線検知素子ユニット７６毎にオフセット電圧にばらつきがあっても、赤外線検知素子ユニット７６毎に異なるオフセット電圧を差し引くことができるので、この点からも、高い温度分解能を得ることができる。
【００９１】
なお、本発明の撮像システムの第１実施形態〜第３実施形態は、水銀カドミウムテルルを用いた１０μｍ帯の二次元赤外線撮像素子を用いる場合に効果が大きい。この二次元赤外線撮像素子は、水銀カドミウムテルルを材料にした二次元フォトダイオードアレイと、シリコンを材料とした読み出しＩＣとを、インジウムバンプを介して張り合わせた構造となっている。
【００９２】
また、本発明の撮像システムの第１実施形態〜第３実施形態においては、本発明を赤外線撮像システムに使用した場合について説明したが、本発明は、可視光撮像システムや紫外線撮像システムにも適用することができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の撮像システムによれば、光検知素子から得られる画像信号からオフセット電圧を減算した画像信号を撮像素子内の増幅回路で増幅することができるので、撮像素子から出力されるアナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段として、標準的な分解能のＡ／Ｄ変換手段を用いても、高い温度分解能を得ることができる。
【００９４】
本発明の画像信号処理装置及び撮像素子によれば、アナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段として、標準的な分解能のＡ／Ｄ変換ＩＣを用いても、高い温度分解能を得ることができる撮像システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像システムの第１実施形態（赤外線撮像システム）の要部を示す回路図である。
【図２】本発明の撮像システムの第２実施形態（赤外線撮像システム）の要部を示す回路図である。
【図３】本発明の撮像システムの第３実施形態（赤外線撮像システム）の要部を示す回路図である。
【図４】従来の赤外線撮像システムの一例の要部を示す回路図である。
【図５】図４に示す従来の赤外線撮像システムの模式的構成図である。
【符号の説明】
（図４）
１０…画像信号線
１２…マルチプレクサ
１９…赤外線検知素子
２０…画像信号読み出し回路
２２…積分容量
２４…サンプルホールド容量
（図１、図２）
４３…画像信号線
４５…マルチプレクサ
４７…オフセット電圧線
５５…赤外線検知素子
５６…画像信号読み出し回路
５８…積分容量
６０…サンプルホールド容量
６８…マルチプレクサ／デマルチプレクサ
（図３）
８０…画像信号線
８２…マルチプレクサ／デマルチプレクサ
９４…赤外線検知素子
９５…画像信号読み出し回路
９７…積分容量
９９…サンプルホールド容量
１００…オフセット容量
【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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