(57)【要約】【課題】残像が少なく、フレームレートで決定される時間間隔よりも短い画像情報を取得することのできる撮像装置、カメラ、および車を提供する。【解決手段】本実施形態の撮像装置は、Ｍ（Ｍ≧２）本の第１配線と、前記Ｍ本の第１配線と交差するＮ（Ｎ≧１）本の第２配線と、前記第１配線と前記第２配線との交差領域に設けられ、それぞれが第１および第２端子を有し、前記第１端子が対応する第１配線に接続され、前記第２端子が対応する第２配線に接続された複数の画素と、前記複数の第１配線のうちの１つの第１配線からＫ（Ｍ＞Ｋ≧１）本の第１配線を順次選択し、電圧を印加する第１選択回路と、前記Ｋ本の第１配線が前記第１選択回路によって順次選択された後、前記１つの第１配線から前記Ｋ本の第１配線を順次選択し、電圧を印加する第２選択回路と、を備えている。【選択図】図１
2017135597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ（Ｍ≧２）本の第１配線と、
前記Ｍ本の第１配線と交差するＮ（Ｎ≧１）本の第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線との交差領域に設けられ、それぞれが第１および第２端子を有し、前記第１端子が対応する第１配線に接続され、前記第２端子が対応する第２配線に接続された複数の画素と、
前記複数の第１配線のうちの１つの第１配線からＫ（Ｍ＞Ｋ≧１）本の第１配線を順次選択し、電圧を印加する第１選択回路と、
前記Ｋ本の第１配線が前記第１選択回路によって順次選択された後、前記１つの第１配線から前記Ｋ本の第１配線を順次選択し、電圧を印加する第２選択回路と、
を備えた撮像装置。
【請求項２】
前記Ｎ本の第２配線のそれぞれから対応する画素の信号値を読み出す読み出し回路と、
前記読み出し回路によって読み出された信号値を処理する信号処理部と、
を更に備えた請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記読み出し回路は、前記Ｎ本の第２配線に対応して配置されたアナログ信号値をデジタル信号値に変換するＮ個の変換回路と、前記Ｎ個の変換回路からのデジタル信号値を選択し、前記信号処理部に送出する第３選択回路と、を備えている請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、
前記第１選択回路によって選択された前記Ｋ本の第１配線の、前記読み出し回路によって読み出された画素からの信号を第１取得画素値として記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された第１取得画素値に定数α（０＜α＜１）を乗算する第１乗算器と、
前記第２選択回路によって選択された前記Ｋ本の第１配線の、前記読み出し回路によって読み出された画素からの信号値から、前記画素に対応する前記第１取得画素値に前記第１乗算器によって定数αが乗算された値を減算する減算器と、
前記減算器からの出力に１／（１−α）を乗算する第２乗算器と、
を備えている請求項２または３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１および第２選択回路はそれぞれシフトレジスタを有している請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１および第２選択回路はそれぞれデマルチプレクサを有している請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画素はそれぞれ、赤外線を吸収する赤外線吸収膜と、前記赤外線吸収膜からの熱を電気信号に変換する熱電変換部と、を備えている請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
前記熱電変換部は、少なくとも１つのＰＮ接合ダイオードを含む請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の撮像装置を備えたカメラ。
【請求項１０】
請求項９記載のカメラを備えた車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、撮像装置、カメラ、および車に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線は、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、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化を熱電変換素子により電気信号に変換する。非冷却型の赤外線撮像装置は、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、熱型の赤外線撮像素子は空中で支持されて動作させる。
【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赤外線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る。例えば、感度を向上させるために断熱性を上げると、熱が逃げにくくなり、熱時定数が悪化する。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】
全画面の残像量を一定とみなし、直前フレームの画像を一定割合で減算することにより残像を低減する技術が知られている。しかし、この技術では、フレームレートで決定される時間間隔よりも短い画像情報は取得することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１５３９９４号号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態は、残像が少なく、フレームレートで決定される時間間隔よりも短い画像情報を取得することのできる撮像装置、カメラ、および車を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による撮像装置は、Ｍ（Ｍ≧２）本の第１配線と、前記Ｍ本の第１配線と交差するＮ（Ｎ≧１）本の第２配線と、前記第１配線と前記第２配線との交差領域に設けられ、それぞれが第１および第２端子を有し、前記第１端子が対応する第１配線に接続され、前記第２端子が対応する第２配線に接続された複数の画素と、前記複数の第１配線のうちの１つの第１配線からＫ（Ｍ＞Ｋ≧１）本の第１配線を順次選択し、電圧を印加する第１選択回路と、前記Ｋ本の第１配線が前記第１選択回路によって順次選択された後、前記１つの第１配線から前記Ｋ本の第１配線を順次選択し、電圧を印加する第２選択回路と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態による撮像装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態の撮像装置における読み出し動作の一例を説明する図。
【図３】第１実施形態の撮像装置における選択回路の一具体例を示す回路図。
【図４】図３に示す一具体例の選択回路の動作を説明する波形図。
【図５】第１実施形態に係る赤外線検出素子部を示す平面図。
【図６】図５に示す切断線Ｖ−Ｖで切断した赤外線素子部の断面図。
【図７】熱電変換部（ｐｎ接合ダイオード）の電圧と電流との関係を示す図。
【図８】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この熱電変換部の温度上昇を模式的に示す図。
【図９】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１０】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１１】第１実施形態に係るデジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１２】第２実施形態による撮像装置の選択回路を示す回路図。
【図１３】第１または第２実施形態の撮像装置を搭載したカメラを備える車の一例を示す斜視図。
【図１４】第１または第２実施形態の撮像装置を搭載したカメラを備える車の他の例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
第１実施形態による撮像装置を図１に示す。この第１実施形態の撮像装置１は、赤外線検出素子部１０と、デジタル信号処理部５０と、を備えている。赤外線検出素子部１０は、例えば３×３のマトリックス状に配置された複数の感熱画素１２１１〜１２３３を有する画素アレイ１１と、行配線１３１〜１３３と、信号線１４１〜１４３と、信号線１４１〜１４３に対応して設けられた電流源１６１〜１６３と、第１行選択回路２１および第２行選択回路２２を有する選択回路２０と、信号線１４１〜１４３に対応して設けられたＡＤＣ（Analog to Digital Converter）３０１〜３０３と、水平選択回路４０と、を備えている。なお、図１では、感熱画素は３×３のマトリクス状に配列されていたが、ｍ、ｎを自然数とするとき、ｍ×ｎのマトリクス状に配列されていてもよい。
【００１２】
各感熱画素１２ｉｊ（ｉ、ｊ＝１，２，３）は、例えばＰＮ接合ダイオードを少なくとも１個有している。各感熱画素１２ｉｊ（ｉ、ｊ＝１，２，３）が複数のＰＮ接合ダイオードを有する場合は、これらのＰＮ接合ダイオードは直列に接続される。すなわち各感熱画素１２ｉｊ（ｉ、ｊ＝１，２，３）はアノード側の端子と、カソード側の端子とからなる２端子素子である。図１では各感熱画素１２ｉｊ（ｉ、ｊ＝１，２，３）は１個のＰＮ接合ダイオードから構成されている。
【００１３】
同一の行に配置された感熱画素１２ｉ１、１２ｉ２、１２ｉ３（ｉ＝１，２，３）は、アノード側の端子が同一の行配線１３ｉに接続され、この行配線１３ｉは第１行選択回路２１および第２行選択回路２２に接続される。
【００１４】
同一の列に配置された感熱画素１２１ｊ，１２２ｊ，１２３ｊ（ｊ＝１，２，３）は、アノード側の端子が同一の信号線１４ｊに接続される。
【００１５】
各信号線１４ｊ（ｊ＝１，２，３）は、一端が対応する定電流源１６ｉに接続され、他端が対応するＡＤＣ３０ｊに接続される。ＡＤＣ３０１〜３０３は水平選択回路４０に接続される。水平選択回路４０はデジタル信号処理部５０に接続される。
【００１６】
次に、図１に示す３×３のマトリックス状に配置された感熱画素の読出し動作について説明する。
【００１７】
第１行選択回路２１および第２行選択回路２２はそれぞれ、複数（図１では３つ）の行配線１３１、１３２、１３３のうちから順次１つの行配線を選択する。ただし、第１行選択回路２１および第２行選択回路２２はそれぞれ異なる行配線を選択する。
【００１８】
第１行選択回路２１または第２行選択回路２２のいずれかによって選択された行配線、例えば行配線１３１にはバイアス電圧Ｖｄが印加される。行配線１３１にバイアス電圧Ｖｄが印加されると、各定電流源１６ｊ（ｊ＝１，２，３）に定電流Ｉｆが流れ、選択された行配線１３１に接続された感熱画素１２１１、１２１２、１２１３のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆが決定される。感熱画素１２１１、１２１２、１２１３のカソード側端子は、垂直信号線１４１、１４２、１４３にそれぞれ接続されており、その電位はＶｄ−Ｖｆとなる。
【００１９】
ここで、ある時刻ｔ１に、行配線１３１上の感熱画素１２１１、１２１２、１２１３にバイアス電圧Ｖｄが印加される場合、感熱画素１２１１、１２１２、１２１３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、それぞれの順方向電圧Ｖｆ、つまりＶｄ−Ｖｆもそれぞれ異なっている。そして、感熱画素１２１ｊ、（ｊ＝１，２，３）の電圧Ｖｄ−Ｖｆが垂直信号線１４ｊを通してＡＤＣ３０ｊに入力され、デジタル信号へと変換される。これらのデジタル信号は、水平選択回路４０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デジタル信号処理部５０へ送られる。
【００２０】
続いて、その後の時刻には、行配線１４２上の感熱画素１２２１、１２２２、１２２３にバイアス電圧Ｖｄが印加され、感熱画素１２２１、１２２２、１２２３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが対応する垂直信号線１４１、１４２、１４３を通して対応するＡＤＣ３０１、３０２、３０３に送られてデジタル信号に変換され、これらのデジタル信号は水平選択回路４０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デジタル信号処理部５０へ送られる。
【００２１】
更に、その後に行配線１３３上の感熱画素１２３１、１２３２、１２３３にバイアス電圧Ｖｄが印加され、感熱画素１２３１、１２３２、１２３３の電圧Ｖｄ−Ｖｆが対応する垂直信号線１４１、１４２、１４３を通して、対応するＡＤＣ３０１、３０２、３０３に送られてデジタル信号に変換され、これらのデジタル信号は水平選択回路４０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デジタル信号処理部５０へ送られる。
【００２２】
上記実施形態では、ＡＤＣ３０１〜３０３および水平選択回路４０は、列並列読み出し回路を形成する。
【００２３】
また、本実施形態では、選択回路２０は、行を選択する機能として２系統有している。すなわち、第１行選択回路２１が選択する行と、第２行選択回路２２が選択する行は、別個に選ぶことができる。このことについて図２を参照して説明する。
【００２４】
例えば、第１行選択回路２１が４行目を選択し（図２に示す（１）の破線）、続いて第２行選択回路２２が２行目を選択する（図２に示す（１‘）の実線）。
【００２５】
次に、第１行選択回路２１が５行目を選択し（図２に示す（２）の破線）、続いて第２行選択回路２２が３行目を選択する（図２に示す（２‘）の実線）。
【００２６】
第１行選択回路２１が６行目を選択し（図２に示す（３）の破線）、続いて第２行選択回路２２が４行目を選択する（図２に示す（３‘）の実線）。
【００２７】
このように、４行目は、５行選択分の時間間隔を経た後に、再び選択され、読み出しされることとなる。通常、フレーム間隔は、全行を選択し終わるまでの時間よりも長い。このように本実施形態では、フレーム間隔よりも短い時間間隔で、同一行を２回選択することができる。
【００２８】
第１および第２行選択回路２１、２２を有する選択回路２０の一具体例は、図３に示す構成を有している。図３においては、行配線はｍ（≧２）個である場合を示している。この一具体例の選択回路２０は、第１行選択回路２１と、第２行選択回路２２と、ＯＲゲート２４１〜２４ｍと、を備えている。第１行選択回路２１は、シフトレジスタ２１０と、ＡＮＤゲート２１２１〜２１２ｍと、を備えている。第２行選択回路２２は、シフトレジスタ２２０と、ＡＮＤゲート２２２１〜２２２ｍと、を備えている。
【００２９】
シフトレジスタ２１０は、行配線１３１〜１３ｍに対応して設けられたｎ個のフリップフロップ（例えば、Ｄ型フリップフロップ）２１０１〜２１０ｍが直列に接続された構成を有している。フリップフロップ２１０ｉ（ｉ＝２，・・・，ｍ）の入力端子（Ｄ端子）にはフリップフロップ２１０ｉ−１の出力端子（Ｑ端子）が接続されている。フリップフロップ２１０１の入力端子には、第１行選択開始信号ＩＮ１が入力される。また、各フリップフロップ２１０ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）のクロック入力端子（ＣＫ端子）にはクロック信号ＶＣＬＫが入力される。ＡＮＤゲート２１２ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）は、第１入力端子にフリップフロップ２１０ｉの出力信号ＯＵＴＡｉが入力され、第２入力端子に第１イネーブル信号ＥＮＡが入力される。
【００３０】
シフトレジスタ２２０は、行配線１３１〜１３ｍに対応して設けられたｎ個のフリップフロップ（例えば、Ｄ型フリップフロップ）２２０１〜２２０ｍが直列に接続された構成を有している。フリップフロップ２２０ｉ（ｉ＝２，・・・，ｍ）の入力端子（Ｄ端子）にはフリップフロップ２２０ｉ−１の出力端子（Ｑ端子）が接続されている。フリップフロップ２２０１の入力端子には、第２行選択開始信号ＩＮ２が入力される。また、各フリップフロップ２２０ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）のクロック入力端子（ＣＫ端子）にはクロック信号ＶＣＬＫが入力される。ＡＮＤゲート２２２ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）は、第１入力端子がフリップフロップ２２０ｉの出力信号ＯＵＴＢｉが入力され、第２入力端子に第２イネーブル信号ＥＮＢが入力される。
【００３１】
ＯＲゲート２４ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）は、第１入力端子がＡＮＤゲート２１２ｉの出力端子に接続され、第２入力端子がＡＮＤゲート２２２ｉの出力端子が接続され、出力端子が行配線１３ｉに接続される。ＯＲゲート２４ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）の出力端子から出力信号ＯＵＴｉが出力される。
【００３２】
次に、図３に示す選択回路２０の動作について図４を参照して説明する。
【００３３】
信号ＩＮ１、ＩＮ２は、シフトレジスタ２１０、２２０の掃引開始時間を定義し、クロック信号ＶＣＬＫが入力されるたびに下段のフリップフロップへと信号が伝搬する。シフトレジスタ２１０、２２０の各段のフリップフロップ２１０ｉ、２２０ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）の出力の組（ＯＵＴＡｉ、ＯＵＴＢｉ）は、それらの後段に設置されたＡＮＤ回路２１２ｉ、２２２ｉがオンしたタイミングで、ＯＲ回路２４ｉに入力される。ＡＮＤ回路２１２ｉ、２２２ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）はイネーブル信号ＥＮＡ、ＥＮＢがそれぞれハイ（Ｈ）レベルとなったときに信号を通過させる。図４に示すように、例えば、フリップフロップ２１０１の出力信号ＯＵＴＡ１がハイレベル、かつイネーブル信号ＥＮＡがハイレベルとなっているときに、ＯＲゲート２４１の出力信号ＯＵＴ１はハイレベルとなる。シフトレジスタ２１０、２２０は常にいずれかの行を選択しているため、各段のフリップフロップ２１０ｉ、２２０ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）の出力の組（ＯＵＴＡ１，ＯＵＴＢ１）、（ＯＵＴＡ２，ＯＵＴＢ２）  …  （ＯＵＴＡｍ，ＯＵＴＢｍ）のうち常に２個の信号がハイレベルとなっていることになる。しかしながら、画素アレイ１１側は、２行が同時に選択されてしまった場合に、２行分の信号を同時に出力することができない。このため、選択回路２０の出力信号ＯＵＴ１〜ＯＵＴｍのうち同時に２行以上の出力信号がハイレベルとならないように、イネーブル信号ＥＮＡとイネーブル信号ＥＮＢは相補的なパルスタイミングとなっている。
【００３４】
かかる構成により、２系統のシフトレジスタ２１０、２２０の出力をＯＲゲートで合成して出力する選択回路２０を実現することができる。
【００３５】
次に、本実施形態による赤外線検出素子部１０の各感熱画素１２ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３）の構造について図５および図６を参照して説明する。図５は本実施形態による赤外線検出素子部１０の各感熱画素１２ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３）を感熱画素１２として示し、この感熱画素１２の構造を具体的に示す平面図である。図６は図５に示す切断線Ｖ−Ｖで切断したときの感熱画素１２の断面図である。
【００３６】
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１１０と、埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）１１５と、シリコン単結晶からなるＳＯＩ(Silicon-On-Insulator)層１１４と、を有し、表面部分に凹部１２０が形成されている。そして、感熱画素１２は、上記ＳＯＩ層１１４に形成された熱電変換部１６１と、熱電変換部１６１を凹部１２０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５および図６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。
【００３７】
支持構造１６２は、一端が対応する行配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。
【００３８】
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１１０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。行配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を介して図１に示す信号線１４１、１４２、１４３に伝達される。
【００３９】
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。
【００４０】
図７は、第１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Ｖと電流Ｉ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。例えば、図７に示すように、赤外線を受光していない場合、すなわちｐｎ接合ダイオード１９２の温度がＴ１である場合に、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がＶ１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は発熱し、これによりｐｎ接合ダイオード１９２の温度が上昇し、Ｔ２となる。すると、図７に示すように、ｐｎ接合ダイオード１９２のＩ−Ｖ特性が変化する。一定電流Ｉｂ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のアノードとカソードとの間の電圧は、例えば、図７に示すように、Ｖ１からＶ２（＜Ｖ１）に、すなわち低電圧側にシフトする。このようにして、熱電変換部１６１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に変換する。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。
【００４１】
次に、熱電変換部１６１が熱源から赤外線を受けたときのこの熱電変換部１６１の温度上昇を定量的に考察する。図８は、熱電変換部１６１が熱源からの赤外線を受けたときのこの熱電変換部１６１の温度上昇を模式的に示す図である。図８に示すように、各感熱画素１２は外部から時間的に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またはＴ・δ（ｓ−ｔ）のの赤外線を受ける。ここで、Δｓはパルス幅、Ｔ（ｓ）は時刻ｓにおけるパルスの強さ、δ（ｓ−ｔ）は、デルタ関数を示す。
【００４２】
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、撮像装置の撮像フレームとの関係で見ると、図９に示すようになる。
【００４３】
図９は、現測定時とその直前測定時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。現測定時の情報には、直前の過去の測定時の情報が入っていることになる。図９では、本実施形態に合わせて、直前の過去の測定時（ｔ１−ｔｆ）と現測定時（ｔ１）の間の時間間隔ｔｆを９個の感熱画素１２１１〜１２３３に合わせて、９等分している。現在の時刻ｔ１での熱は、現測定時の信号が含有する熱信号のうち過去の時刻に生じた熱（図９では現フレーム内の情報Ａ）と、過去の測定が含有する熱信号（図９では前フレーム内の情報（残像情報）Ｂ）とからなっている。図９に示すように、現測定時の情報には、前測定時の情報Ｂが残像として入っている。
【００４４】
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、次の式（１）
【数１】
2017135597.tif 000003
で表される。ここで、τは感熱画素の熱時定数であり、通常１０ｍｓ〜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計算結果が熱電変換部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、以下の式（２）に示すように、変形できる。
【数２】
2017135597.tif 000004
【００４５】
式（２）において、第１項は過去の全時間からの寄与分にｅｘｐ（−ｔｆ／τ）を掛けたものであり、第２項が現測定時と過去測定時の間に相当する情報である。第１項は、過去の測定時よりも以前の残像情報である。すなわち、式（２）は、現測定時の情報から、前測定時の情報に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、
αｔｈ＝ｅｘｐ（−ｔｆ／τ）
で表される割合だけ画素に含まれる。
【００４６】
過去の時刻からの信号（残像信号）の寄与分も含めて、図９における時間軸に沿って模式的に表すと、図１０に示すようになる。図１０は式（１）の積分への寄与、すなわち、図９における時刻ｔ１軸上に描いた各黒丸および白丸を、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１０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における読み出しから、現測定の時刻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。
【００４７】
太線で囲まれた部分以外の斜線を施した部分は、過去の測定が含む熱情報であり、現測定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、後述するデジタル信号処理部５０によって取り除くことが可能となる。
【００４８】
更に、図１０の破線で表した部分は、式（１）で表される直前の赤外線画像情報を表している。言い換えると、測定のたびに、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）を表す式と同様であり、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。Ｒｔｈを感熱画素の熱抵抗とすると、このＲｔｈは支持構造部１６２が細く、長いほど大きな値となる。Ｃｔｈを感熱画素の熱容量とすると、この熱容量は、熱電変換部１６１の体積が大きいほど大きな値となる。感熱画素の熱時定数τは
τ＝Ｒｔｈ・Ｃｔｈ
と表される。
【００４９】
次に、デジタル信号処理部５０の機能について説明する。図１１は、第１実施形態に係るデジタル信号処理部５０の構成を示す図である。赤外線検出素子部１０から出力されたシリアル信号は、ＡＤ変換器３０１〜３０３においてアナログ信号からデジタル信号に変換され、画像信号となる。以下、第１行選択回路２１によって選択された行ｙ、列ｘの画像値をＭ（ｘ、ｙ）、第２行選択回路２２によって選択された行ｙ、列ｘの画像値をＳ（ｘ、ｙ）と表すことにする。第１行選択回路２１は、第２行選択回路２２よりも、数行分煎じて動作するので、前者の画像値Ｍ（ｘ、ｙ）を表す信号は、後者の画像値Ｓ（ｘ、ｙ）を表す信号に比べて数行分先んじて選択されている。
【００５０】
画像値は、デジタル信号処理部５０内に入力される。デジタル信号処理部５０は、メモリ５１と、定数乗算器５２と、減算器５３と、定数乗算器５４と、出力部５５と、を有している。
【００５１】
まず、第１行選択回路２１によって選択された、座標（ｘ、ｙ）の画素値Ｍ（ｘ、ｙ）がメモリ５１に順次記憶される。メモリ５１は、第２行選択回路の動作に先立って第１行選択回路２１が選択し、信号線に読み出された数行分の画素値を記憶する容量を備えていればよい。
【００５２】
定数乗算器４２において、メモリ５１に記憶された値Ｍ（ｘ、ｙ）に予め定められた定数αが乗算される。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。
【００５３】
続いて、現測定時の第２行選択回路２２によって選択された画素の信号値Ｓ（ｘ、ｙ）から、第２行選択回路２２によって選択された上記画素と同じ行でメモリ５１に記憶され画素の画素値Ｍ（ｘ、ｙ）に定数αが乗算された値αＭ（ｘ、ｙ）が減算器４３において減算される。その結果、減算部４３からＳ（ｘ、ｙ）−αＭ（ｘ、ｙ）が出力される。ここで、例えばＳ（ｘ、ｙ）＝１００、Ｍ（ｘ、ｙ）＝１００、α＝２０％のとき、Ｓ（ｘ、ｙ）−αＭ（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器５４において、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、
【数３】
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が残像低減後の画像値として出力部５５から出力される。
【００５４】
赤外線検出素子部１０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。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、残像が少なく、フレームレートで決定される時間間隔よりも短い画像情報を取得することが可能な撮像装置を提供することができる。
【００５６】
（第２実施形態）
第２実施形態による撮像装置について図１２を参照して説明する。この第２実施形態の撮像装置は、第１実施形態の撮像装置１において、選択回路２０を図１２に示す選択回路２０Ａに置き換えた構成を有している。
【００５７】
この選択回路２０Ａは、図３に示す選択回路２０において、シフトレジスタ２１０、２２０と、ＡＮＤゲート２１２１〜２１２ｍと、ＡＮＤゲート２２２１〜２２２ｍと、ＯＲゲート２４１〜２４ｍと、を削除し、代わりに、デコーダ２５１、２５２と、デマルチプレクサ２６１、２６２と、ＮＯＲゲート２７１〜２７ｍと、を新たに設けた構成を有している。
【００５８】
デコーダ２５１、２５２はそれぞれ、エンコードされた行番号信号ＩＮ１、ＩＮ２を受け、複数ビット、例えば８ビットのパラレル信号に変換し、デマルチプレクサ２６１、２６２に送る。例えば、信号ＩＮ１は１５、信号ＩＮ２が１５６といった値が入力され、これが行番号を指定することとなる。デマルチプレクサ２６１は、ｍ個の出力ＯＵＴＡ１〜ＯＵＴＡｍのうち入力された行番号値に相当する行にのみハイレベル（Ｈｉ）の信号値を出力する。デマルチプレクサ２６２は、ｍ個の出力ＯＵＴＢ１〜ＯＵＴＢｍのうち入力された行番号値に相当する行にのみハイレベル（Ｈｉ）の信号値を出力する。ＮＯＲゲート２７ｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）は、デマルチプクレサ２６１の出力ＯＵＴＡｉと、デマルチプクレサ２６２の出力ＯＵＴＢｉとに基づいてＮＯＲ演算を行い、出力信号ＯＵＴｉを出力する。出力信号ＯＵＴｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）は、対応する行配線１３ｉに送られる。
【００５９】
かかる構成により、図３に示すシフトレジスタから構成された選択回路２０では不可能である行選択順番を順次ではなく、例えばランダムな選択が可能となる。
【００６０】
信号ＩＮ１で選択された行が、一定時間遅れて再度、信号ＩＮ２で選択されるように信号ＩＮ１，ＩＮ２を構成することで、第１実施形態で説明した残像低減処理を行うことができる。
【００６１】
この第２実施形態も第１実施形態と同様に、残像が少なく、フレームレートで決定される時間間隔よりも短い画像情報を取得することが可能な撮像装置を提供することができる。
【００６２】
第１および第２実施形態の撮像装置は、監視カメラ等のカメラに使用することができる。
【００６３】
（第３実施形態）
図１３は、第１または第２実施形態の撮像装置１を搭載したカメラ６２０を備える車６００の一例を示す斜視図である。車６００は、カメラ６２０と、ディスプレイ６３０と、を備える。カメラ６２０は、車６００の前方端部に設けられ、車６００の前方を撮影することができる。また、ディスプレイ６３０は、車６００の運転席正面に設けられ、カメラ６２０で撮影した画像を表示することができる。カメラ６２０により撮影した画像をディスプレイ６３０で確認することにより、例えば駐車の際に、死角を確認することができる。
【００６４】
（第８実施形態）
図１４は、第１または第２実施形態の撮像装置を搭載したカメラ７２０を備える車７００の他の例を示す斜視図である。車７００は、カメラ７２０と、ディスプレイ７３０と、を備える。カメラ７２０は、車７００の後方端部に設けられ、車７００の後方を撮影することができる。また、ディスプレイ７３０は、車７００の運転席正面に設けられ、カメラ７２０で撮影した画像を表示することができる。カメラ７２０により撮影した画像をディスプレイ７３０で確認することにより、後方を確認することができる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００６６】
１  撮像装置
１０  赤外線検出素子部
１１  画素アレイ
１２、１２１１〜１２３３  感熱画素
１３１〜１３３  行配線
１４１〜１４３  信号線
１６１〜１６３  電流源
２０  選択回路
２１  第１行選択回路
２２  第２行選択回路
３０１〜３０３  ＡＤＣ（ＡＤ変換器）
４０  水平選択回路
５０  デジタル信号処理部
５１  ラインメモリ
５２  定数乗算器
５３  減算器
５４  定数乗算器
５５  出力部
【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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【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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【図１４】
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