(57)【要約】【課題】赤外線二次元センサにおいて、不定期に低周波の雑音がある画素で発生することがあり、画質を著しく損ねていた。【解決手段】２つのセンサを積層して形成し、２つのセンサで得られる信号を画素の信号とする。２つのセンサからの信号の差分をモニターし、差分値がある閾値を越えると欠陥画素であると判定して、その画素に隣接した画素の信号を用いて画像表示することにより、安定した画像を得る。【選択図】　　図１
2004015695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略同等の光感度を有する２つのセンサを積層して１画素とし、前記画素を二次元配列したセンサアレイと、
前記センサで光電変換した電流を電流制御トランジスタを経由してコンデンサに電荷として蓄え、前記コンデンサの端子間電圧を光信号電圧として読み出す信号読み出し回路とが、
各々の前記センサ毎に接続されていることを特徴とする光検出器。
【請求項２】
前記信号読み出し回路に設けた１画素に対応する２つの前記コンデンサを並列接続して光信号電圧の平均値を出力する機能が前記信号読み出し回路に付加されていることを特徴とする請求項１記載の光検出器。
【請求項３】
前記信号読み出し回路の１画素に対応する２つの前記コンデンサ間に第３のコンデンサを設け、２つの前記光信号電圧の差分を検出して出力する機能が前記信号読み出し回路に付加されていることを特徴とする請求項１乃至２記載の光検出器。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の光検出器を用い、ある画素において、２つの前記光信号電圧の平均値を画素の信号とし、２つの前記光信号電圧の差分が規定の閾値を越えた場合に、近接画素の信号で置き換えて画像表示されることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外線の入射量に応じて変化するセンサ素子からの電流を電荷量としてコンデンサに蓄積することによって電荷電圧変換して出力する赤外線検知素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤外線検知素子の構造を図５に示す。図中、１はセンサアレイ、２は画素であり、１画素には１つのセンサがある。３はＣＭＯＳ信号読み出し回路、４はＩｎバンプである。１画素部分の拡大断面を図５の下部に示す。５は絶縁膜、６はコンタクトホール、７はＣＭＯＳの拡散領域である。図面上方から赤外線がセンサアレイ１に入射すると、基板の一端に形成された１画素２のセンサで光電変換して発生した電荷をＩｎバンプ４を経由して、コンタクトホール６からＣＭＯＳ信号読み出し回路３の拡散領域７に導かれ、トランジスタ（図示せず）で信号（電流）をｏｎ−ｏｆｆし、コンデンサ（図示せず）に電荷蓄積する。このようにして得られた信号をＣＭＯＳ３内部に設けたシフトレジスタで順次切り替えて、センサアレイ全体で受光した赤外線画像の信号を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、センサのショット雑音レベルよりも大きく、周波数の低い雑音が突然発生し、また、突然そのような雑音が無い元の状態に戻ることがあった。この雑音はセンサの出力レベルをステップ状に変化させるもので、撮像途中にこの雑音が発生すると、その変化が入射量の変化によるものか雑音かを自動的に識別することが困難であった。この雑音の有無を識別するために、通常は光学系（レンズ）で、入射面に焦点を合せた状態から意図的に焦点をずらして入射光像をぼかして、隣接センサでも同等の入射光量が入った状態を作り出し、変化を起こしたセンサと隣接センサとの出力を比較して雑音を見分ける手法がある。但し、この手法は、焦点をずらした状態では撮像装置としては機能を果たせなくなる（ピントぼけの状態になる）ので、この認識手段を連続的に行うことができない。即ち、撮像しながら雑音を識別することができないという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では略同等の光感度を有する２つのセンサを積層した任意の画素において、周波数の低い雑音を発生したセンサの有無を判定し、前記雑音が無ければ、２つのセンサの信号出力の平均値を画素信号として画像表示し、前記雑音があれば、前記雑音の無い隣接画素の信号を用いて画像表示する。このように画像表示することによって、撮像を中断することなく、表示画面上に突然輝点が生じるようなことのない安定な画像表示が可能となる。
【０００５】
そこで、第１の本発明では、１画素を構成する積層された２つのセンサからの信号電流を所定の時間ＣＭＯＳ信号読み出し回路に設けたそれぞれのコンデンサに蓄積することにより、蓄えられた電荷量に従う信号電圧に変換されて、２系統で出力する。
第２の本発明では、２つの前記コンデンサの端子間を短絡するスイッチトランジスタを設けて、２つの信号電圧の平均値を出力する機能をＣＭＯＳ信号読み出し回路に設ける。
【０００６】
第３の本発明では、２つの前記コンデンサの端子間に生じる電圧差を求めるために、ＣＭＯＳ信号読み出し回路に第３のコンデンサを設ける。第３のコンデンサの両端子に前記２つの信号電圧を供給し、両信号電圧の差分電圧を第３のコンデンサに記憶する。前記２つの信号電圧を遮断し、第３のコンデンサの一端を所定の電圧に設定し、他端から差分電圧を出力する。
【０００７】
第４の本発明は、前記第１〜３の本発明の光検出器を用いて、１画素として２つのセンサからの信号の平均値を用い、差分信号と閾値の大小を判断して、閾値を越えた画素については隣接画素で閾値を越えていない正常画素と信号を置き換えて画像表示する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を図１に示す。ＣＭＯＳ回路とＱＷＩＰ（量子井戸型赤外線検知素子）アレイを接合し出来た検知素子の一画素部の構成を右側に示す。図中、１１、１２はＭＱＷ（多重量子井戸）、２１〜２６はスイッチトランジスタ、３１、３２は蓄積容量、４１〜４３はバイアス端子、５１、５２は出力バス、２８１、２８２は出力スイッチである。ＭＱＷ１１、１２を二層積層したＱＷＩＰをセンサの受光部とし、出力端子（およびバイアス供給用端子）とＣＭＯＳ読出回路をＩｎバンプにより接合する。図示していないが、ＱＷＩＰはＭＱＷを形成した層をなす面に対して垂直方向の光は感じないので、一旦入射光は結晶中を透過し、電極が形成されている表面に達する。この表面には層に対して斜め方向に入射光を変換する回折格子が設けられている。伝播方向を変えられた光はセンサ１２、センサ１１と通過し、壁面で反射して再びセンサ１１、センサ１２と戻ってくる。センサ１１とセンサ１２は同じ厚さで同じ層数のＭＱＷであって、その光電変換特性は略同じと考えて良い。そして、同じ光電変換特性であるということは、吸収係数も同じであるから、前記伝播方向を変えられた光が往復する間にセンサ１１、１２で吸収される量も同じになる。即ち、１の光が各ＭＱＷにおいて、吸収係数αの吸収を受けるものとすると、
センサ１１では、α＋α〔１−α｛１−α（１−α）｝〕＝２α−α２＋α３−α４〜２α
センサ１２では、α（１−α）＋α｛１−α（１−α）｝＝２α−２α２＋α３〜２α
で、その差はα２−α４である。通常αは０．０１程度であるから、両センサの感度差（α２−α４）／（２α）〜α／２は０．５％程度であり、略同じと見なせる。
【０００９】
センサ１１は最初スイッチトランジスタ２３を開いて、電源４１と電源４２によりバイアスされる。同時に、コンデンサ３１はスイッチトランジスタ２５を開いて、電源４３によりリセットされる。コンデンサ３１の端子電圧は、電源４３の電圧−０．６Ｖの電圧である。次に、スイッチトランジスタ２３を閉じるとともに、スイッチトランジスタ２１を開き、コンデンサ３１の端子電圧で、センサ１１をバイアスする。コンデンサ３１の容量をＣ、センサ１１の抵抗Ｒ、蓄積時間をｔとすると、コンデンサ３１の端子電圧は（リセット時の端子電圧）×（１−ｅ−ｔ／ＣＲ）に電圧降下する。センサ１１に光が当たると、そこで光電変換した電流量Ｉに見合った電圧降下（−Ｉｔ／Ｃ）が前記端子電圧に重畳される。
【００１０】
センサ１２でも同様に動作し、蓄積時間が終了すると、スイッチトランジスタ２８１、２８２が開いて、それぞれ出力バス５１、５２にコンデンサ３１、３２の端子電圧が出力される。
バスライン５１、５２には、センサ１１、１２のペアで１画素を構成する他の画素からの出力も時分割で出力される。
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例を図２に示す。本実施例では、実施例１のコンデンサ３１、３２の端子間にスイッチトランジスタ２７１を設けたものである。蓄積時間が終了した時点で、スイッチトランジスタ２７１を開くと、コンデンサ３１、３２の端子電圧が同電位となる。それぞれ独立に測定した信号を有するコンデンサを並列接続すると、二つの信号を平均処理したこととなる。そこで、バスライン５１、５２には、スイッチトランジスタ２７１を開く時間の前後の信号を出力することによって、個別のセンサで検出した信号（スイッチトランジスタ２７１がオフ時）と、２つのセンサの平均値（スイッチトランジスタ２７１がオン時）を時系列で得られる。
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例を図３に示す。本実施例では、実施例２のコンデンサ３１、３２の端子間にスイッチトランジスタ２７２、２７３を介して第３のコンデンサとして差分信号検出容量３３を設け、その差分検出容量の両端を短絡・開放するスイッチトランジスタ２７４を設け、差分信号検出容量３３の一端はスイッチトランジスタ２７５を介してレベル設定電圧４４に接続する。他端はスイッチトランジスタ２８３を介して出力バス５３に接続する。蓄積時間を経過してコンデンサ３１、３２に蓄えられた信号の電圧で差分信号検出容量の両端をバイアスするために、スイッチトランジスタ２７２、２７３を開く。次に、スイッチトランジスタ２７２、２７３を閉じてレベル設定電源４４の電圧をスイッチトランジスタ２７５を介して差分信号検出容量３３の一端に供給する。そして、その他端にはコンデンサ３１、３２の端子電圧差がレベル設定電圧に重畳して得られ、スイッチトランジスタ２８３を開いて出力バス５３から読み出す。
【００１１】
以上３つの実施例は、光検出器と画像表示装置との機能分担を切り分け位置の差によるものであって、その関係を図４に示す。実施例１から実施例３へ進に従って、２系統の検出信号を独立に出力する、検出信号を平均処理して出力する、２系統の検出信号の差分信号を出力する機能を光検出器に盛り込んでいる。最終的に、画像表示するのは平均信号であって、表示処理部において、差分信号が閾値を越えている異常画素については、差分信号が閾値を越えていない正常な隣接画素の信号を表示するようにすれば良い。
【００１２】
【発明の効果】
本発明により低周波の雑音が発生した場合でも、撮像しながら雑音発生画素を特定して、欠陥画素を動的に隣接の正常画素と置換えるため、画像に違和感を生じさせることが無く、撮像装置としての性能向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図
【図２】本発明の第２の実施例を示す図
【図３】本発明の第３の実施例を示す図
【図４】第１〜３の実施例における撮像装置の機能分担を示す図
【図５】従来の赤外線検知素子の構造を示す図
【符号の説明】
１　センサアレイ
２　１画素
３　ＣＭＯＳ信号読み出し回路
４　Ｉｎバンプ
５　絶縁膜
６　コンタクトホール
７　拡散領域
１１、１２　センサ
２１〜２６　スイッチトランジスタ
３１、３２　コンデンサ
３３　差分信号検出容量（第３のコンデンサ）
４１、４２　バイアス電源
４３　リセット電源
４４　レベル設定電源
５１〜５３　出力バス
２７１〜２７４、２８１〜２８３　スイッチトランジスタ
【図１】
2004015695.tif 000003
【図２】
2004015695.tif 000004
【図３】
2004015695.tif 000005
【図４】
2004015695.tif 000006
【図５】
2004015695.tif 000007