JP2001518759A - センサ装置 - Google Patents

センサ装置

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JP2001518759A JP2000514467A JP2000514467A JP2001518759A JP 2001518759 A JP2001518759 A JP 2001518759A JP 2000514467 A JP2000514467 A JP 2000514467A JP 2000514467 A JP2000514467 A JP 2000514467A JP 2001518759 A JP2001518759 A JP 2001518759A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は対象物の濾過画像に相当するセンサ信号を生成するための補償信号処理を備えたセンサ装置（200）を提供する。この装置（200）は、そこに投射される第一と第二の対象物画像に呼応する第一と第二の信号を、それぞれの素子において提供するマルチ素子配列（52）および前記素子（52）にその画像を投射するためのレンズ組立（204）を有する。それぞれの素子（58）はその関連する回路（300）に接続される。それぞれの回路（300）は、その関連する素子の第一と第二の信号を互いに減じ、差信号を与え、この信号をセンサ信号を生成するために出力する。それぞれの回路（300）は、装置（200）が配列（52）に対する第一画像の投射と第二の画像の投射との間で切り替わる時、回路（300）に生じる過渡的充電注入による精度の低下を少なくとも部分的に補償する補償充電を注入するためのトランジスター（T17)を組み込まれている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） この発明は対象物からの放射を感知するセンサ装置および前記放射を感知する
方法に関する。
【０００２】 （背景技術） 対象物からの放射を感知するセンサ装置は従来技術で周知の事である。例えば
家庭用ポータブルビデオ、デジタルカメラそれに緊急時に使用される熱画像装置
など多くの実用例がある。
【０００３】 二次元配列した素子を使用し、信号処理回路と組み合わせたのが典型的なセン
サである。対象物の光が配列に投射され、そこに配置された素子が関連する処理
回路を経由して出力Skで応答するが、その関係を式１に示す。ここで指数kは素 子をそれぞれ特定するのに用いられ、例えばSkはk番目の素子回路からの出力で ある。該出力Skには、対象物自体から生じるか、あるいは関連する素子または処
理回路内で生じる不要人為結果を含んでいる。 ここで、 Sk=関連する処理回路経由で得られるk番目の素子の出力 Ak=k番目の素子の応答性関数 Rfk=k番目の素子が受けた対象物の特徴情報即ちコントラスト放射 Rpedk=k番目の素子が受けた対象物の背景放射 Bk=k番目の素子および関連する処理回路内で生じるオフセット信号 Nk=k番目の素子および関連する処理回路内で生じるノイズ
【０００４】 それぞれの素子からの出力Skは合成され、センサ信号を提供する。センサ内部
で、例えば処理回路内部で生じたオフセット電位が原因となって人為結果が発生
する。これらのオフセットは、回路装置半導体のバンドギャップや回路内で信号
が処理されるときの過渡的な充電注入効果のために発生する。
【０００５】 関連する回路を含むセンサは電荷結合素子（CCD）や金属酸化膜半導体（MOS）
装置を基礎としている。MOS装置が使用されると、素子の中の応答性関数Akに顕 著な変化が見られ、すなわち素子は別々の応答性を有し、同じ強さの放射を受け
ても別々の出力Skを提供する。この変化は往々にして電荷結合素子（CCD）を用 いたセンサに現れる変化よりも大きい。このことから、MOS装置を組み込んだセ ンサが、MOS検出器とその処理回路の融通性を利用しようという長い間の切実な 要求があったにも拘わらず、今までCCDを組み込んだセンサに優先して、家庭用 ビデオカメラに使われることはなかった。MOS装置に動作用電源と制御信号を供 給するのは、それに相当するCCD装置に供給するよりも、傾向として簡単で低コ ストである。前記した変化は前記出力Skの固定パターンノイズ（FPN）を大きく し、相当するセンサ信号がまだらな対象物を描写する事になる。更に、素子中の
オフセット信号Bkにも変化が生じ、応答性関数AkおよびオフセットBkは往々にし
てセンサ温度に依存することになる。減少放射強度に応答するようなセンサでは
、その素子および関連する処理回路で発生するノイズNk、、特に周波数に反比例
して大きくなるノイズスペクトル密度を有するNkに対するフリッカ雑音が問題と
なる。
【０００６】 センサが対象物から赤外線放射を受けた時、出力Skには通常対象物の周囲温度
による不要なペデスタル要素と、同時に所望の特徴要素、つまり対象物内の温度
変化相当要素が含まれている。特に次の場合当てはまる。 （１）対象物の周囲温度が約300Kである。 （２）対象物内の特徴要素に影響を与える温度変化が1K以下である。 ぺデスタル要素は特徴要素より通常は1000か1000以上大きい因数である。従って
結果として信号コントラストが弱いため、温度変化に対応する別の信号処理を適
用しないと、出力Sk中に温度変化を特定するのは難しい。
【０００７】 ぺデスタル要素があると、対象物からの放射、特に赤外線放射を感知するセン
サ装置は、設計及び性能上さまざまな制約を受ける。該装置は、回路から提供さ
れるデータのぺデスタル要素と特徴要素を分析するため、例えば12ビットかそれ
以上に相当する大きなダイナミックレンジのアナログーデジタル変換回路を必要
とする可能性がある。更に前記の不要なぺデスタル要素は、装置の信号雑音比を
改善するためにアナログ集積光検出器が信号を発信するようにしたセンサ装置を
飽和状態にする問題をもたらす。
【０００８】 上述したぺデスタル要素の問題に対処する方法が、米国特許No.5,155,348に説
明されており、そこでは、赤外線放射に応答する128×128の光検出器素子の二次
元配列で構成されるセンサの読み出し回路が記載され、それぞれの素子はその対
応する読み出し回路に接続されている。上記米国特許No.5,155,348ではその回路
が較正および測定段階で動作すると記載されている。
【０００９】 較正段階では、較正画像が素子に投射される。その画像は対象物の同じ温度に
おける特徴を持たない単なる較正対象に相当し、対象物の完全にぼやけた特徴の
ない画像である。それぞれの素子は較正画像に呼応する信号を生成し、それぞれ
の回路が、較正画像に呼応してそれぞれの素子が生成する信号に対応する較正信
号を、その中に組み込まれた記憶用キャパシタCcに記憶するように配置される。
これでその配列に生じるぺデスタル要素が補正できる。
【００１０】 測定段階では、対象物の焦点が合った画像が該配列に投射される。画像に呼応
してそれぞれの素子で生成される測定信号は、それから減じられたその素子の較
正信号を持ち、差異信号を提供する。その差異信号は回路内に組み込まれた集積
キャパシタCsに集積され、信号を発信する。それぞれの回路は合成センサ信号を
生成するために多重されたそれぞれの出力信号を生成する。
【００１１】 この解決方法の利点は、それぞれの素子に生成されるぺデスタル要素が除去さ
れる結果、合成センサ信号のダイナミックレンジが減少することである。このた
め、多重器からのセンサ信号受信する遠隔回路のダイナミックレンジ特性要求が
容易になり、例えばアナログデジタル変換器は解像度が12ビットの代わりに8ビ ットのものが使える。
【００１２】 前述の米国特許No.5,155,348には、例えば遠くぼやけた部分を含むほぼ均一な
画像に適用された場合のように、対象物コントラスト放射Rfkが背景放射Rpedkに
関連して著しく減少したとき、センサーに問題が起きることが記載されている。
測定信号から較正信号を減じるときに減算誤差でマスキングされるため、コント
ラスト放射Rfkに誤差が生じる。誤差の１つの原因は、回路が較正段階から測定 段階に切り替えられる時に、素子回路内で発生する過渡的充電注入である。従来
の方法ではその過渡的充電注入は、米国特許No.5,155,348に述べられているよう
に、組み込まれているMOS装置の接合容量を減らし、組み込まれている集積キャ パシタのキャパシタンスを増やして修正回路を形成することによって、回路内で
少なくする事が出来る。この方法では修正回路が一体構造のときは余分なスペー
スを取り、動作速度が遅くなると言う問題がある。回路の動作速度が遅くなると
、回路の電位が漸近して安定する前に素子回路が素子回路が較正段階と測定段階
の間で切り替えられたときに、セッティングオフセットが発生する。更に、それ
は画像情報が前記センサから出力する速度を制限する。
【００１３】 （発明の開示） 本発明では、前述した問題をそれぞれの素子回路に装置を追加する事によって
減少できる。その装置を回路に補償充電を注入できる構造にして、回路が較正段
階から測定段階に切り替えられる時に生じる過渡的充電注入を少なくとも部分的
に補償する。これで前述した補償回路により動作速度が遅くなったり、サイズが
大きくなる問題を解決できる。
【００１４】 本発明では、対象物の濾過画像に呼応するセンサ信号を発生するセンサー装置
であって、その装置は （i）複数の検出素子を有し、第一と第二の検出段階の間にそれぞれ第一と第二 の素子信号を導出するように配置された検出手段、および （ii）素子信号から、センサ信号生成するのに使用する差信号を導出するために
、それぞれの素子に関連づけられた処理手段 を有しており、 処理手段にはセンサ装置が検出段階の間で切り替えられる時に発生する誤差を打
ち消す補償手段が組み入れられていることを特徴とする。
【００１５】 本発明には、センサ装置が第１段階と第二段階の間で切り替えられる時に発生
する誤差を減らし、それにより装置がセンサ信号を生成するときの精度を改善で
きる利点がある。
【００１６】 本センサ装置は従来技術による装置に比べ、遠くぼやけた対象物をより明確に
認識できるセンサ信号を提供する。このことは、例えば衝突に遭った遠くの船舶
を早期に検出することが重要な海上で場合のように、センサ装置が遠く離れた緊
急を要する対象物を検出する用途に適用された場合特に重要である。
【００１７】 処理手段は、 （i）第一段階において第一の素子信号から導出される較正信号をそこに記録す るための記憶キャパシタを含む記憶手段と、 （ii）第一段階の期間にキャパシタに電流を注入し、そして差信号を生成するた
めに第一段階の間に記録された較正信号に呼応して第二段階の期間に電流を供給
するためのものであって、自己カスコードMOS FETを組み込んだプログラム可能 な電流源を具備する電流注入手段 を組み込んでいる。 これは記憶手段を集積回路に集積できる利点がある。さらに、カスコードMOS
FETを使用することにより動作速度が速くなり、精度が向上するという利点があ る。
【００１８】 処理手段は、第一段階で第一の素子信号から導出された較正信号の記録のため
の記憶キャパシタを含む記憶手段を組み込まれ、補償手段は第一と第二の電極を
有する補償キャパシタを組み込まれ、第一の電極は補償充電を注入するためのキ
ャパシタに接続され、第二の電極は、センサ装置が検出段階の間で切り替えられ
た時に、記憶手段に発生する誤差を打ち消すための補償信号によって動作される
ように配置される。これにより補償手段は集積回路に集積される事が可能となる
。
【００１９】 補償信号は、前記段階を選択する処理手段に対する信号と逆位相となる。この
ため逆位相信号は比較的簡単に生成され、充電注入誤差が発生した時にも正確に
補償される。
【００２０】 補償キャパシタは、そのチャネル電極がキャパシタの電極のうちの1個を提供 すように共にに短絡し、そのゲート電極がキャパシタの電極のうちのもう1個を 提供する補償MOS FETを有する。このことは、信号処理をするためのMOS装置を組
み込んでいる集積回路の中に、補償キャパシタを実用できるという利点を提供す
る。
【００２１】 記憶手段は、その相当する較正信号をその記憶キャパシタに記憶する第一段階
から、較正信号を発信する第二段階にそれ自身を切り替えるために使用可能なMO
S FETを有し、補償MOS FETは、そのゲートチャネルキャパシタンスが使用可能な
MOS FETの実質的に半分である短いチャネルを有する。実質的に半分とは25%から
75%の範囲を言う。このことは、補償MOS FETが記憶手段へ充電注入が起こること
から生じる誤差を効果的に補償するために適切な値の補償キャパシタンスを提供
することが出来るという利点を与える。
【００２２】 素子と処理手段は同じ基板上に集積できる。そのためセンサ装置として実用的
でコンパクトな形状にできる利点がある。
【００２３】 処理手段は、処理手段からその相当する素子へのインタフェースをとり、素子
の相当する内部インピーダンスより小さい入力インピーダンスを素子に与るイン
ターフェース手段を有しており、そのインターフェース手段は共通ゲート配置を
形成するMOS FETを有する。これは素子に対してインタフェースの実用的な回路 配置であり、従来技術に比べてノイズが減少する利点がある。
【００２４】 センサ装置は、第一と第二段階の期間、検出手段に対してそれぞれ第一と第二
の画像を投射する投射手段を具備しており、 （i）少なくとも1つの画像は対象物からの光を投射であり、 （ii）画像は互いにぼやけの程度が異なりるが、いずれも完全には焦点を外れて
おらず、いずれも識別可能な空間的特徴を保持しており、 それによりセンサ装置は、対象物の空間濾過された画像に相当するセンサー信号
を提供することが可能となる。
【００２５】 ぼやけの程度はそれぞれ、1個の素子に焦点が合う対象物からの光が、検出手 段中の1個の素子から25%の素子に至るまで多くの素子に分散するという具合であ
る。この点でセンサ信号の空間濾過として有用である。
【００２６】 画像は手動または自働の選択である程度までぼやけさせる事が可能である。こ
のことは、センサ装置の空間濾過の程度をセンサ装置の用途に合うように選択で
きると言う利点を生む。
【００２７】 第二の画像は第一の画像よりぼかすことが出来る。そのためセンサ信号におい
て反転イメージトーンを作ることが出来という利点がある。
【００２８】 第一と第二画像のうち少なくとも１つは拡散画像にである。拡散画像が使える
事で、焦点がはずれた画像を作る場合に比べよりコンパクトな光学装置を用いて
画像をつくることができる利点がある。
【００２９】 投射手段は、対象物から検出手段への光を、拡散することなく伝達する第一状
態と、伝達し拡散する第二状態の間で制御できるように配置された液晶空間光変
調器を組み込み、第一と第二でぼやけの程度が異なる画像を生成することが可能
である。これで拡散画像を実現するコンパクトな実用装置が得られる利点がある
。
【００３０】 液晶光空間光変調器はポリマー拡散液晶装置（PDLC）であって、この装置は装
置に加わる制御電位に呼応して選択できる状態のうち、一つの状態ではそこを通
過する光を拡散しもう一つの状態では実質的に拡散しないで伝達するように配置
されている。これにより機械的な可動部分を使用することなく、電子制御のみで
拡散画像を生成できるので、コンパクトで安価な装置が得られる利点がある。
【００３１】 それぞれの素子は、テルル化水銀カドミウムフォトダイオード、MOS読み出し を備えたフォトダイオード、MOS読み出しを備えたフォトトランジスタ、MOS読み
出しを備えたフォトゲートおよびCCD読み出しを備えたフォトダイオードのうち の少なくとも１つを有している。これらにより、例えば波長の範囲が10μmから0
.2μmまでの広い範囲の光放射全てにわたって応答可能な、感度の高い光検出器 が得られるという利点がある。 次に、本発明をより完全に理解するために、その実施態様を単なる実施例とし
て添付図面を参照しながら説明する。
【００３２】 （発明を実施するための最良の形態） 図１に基づきFPN減少について説明する。図１において１で示すのは従来技術 のセンサ装置の概略図である。そのセンサ装置は対象物２、結像レンズ４と焦点
面配列６で構成される。該配列６には基板８が組み込まれており、その基板の前
面素子表面12上にたとえば素子10などの検出素子配列が均一に配置接着されてい
る。該表面12は前記線図に示すように長手方向hに対して直角である。それぞれ の素子は図に示すようにすぐ隣接する素子と距離pの間隔を置いて配置される。 前記対象物２、レンズ４および配列６は前記表面12に垂直に交差する軸z-z'上に
次々に配置される。配列６は図示するように焦点位置すなわちQ1、Q2、Q3の３つ
の位置を選択でき、対象物２の一様な画像をレンズ４によってそれぞれ部分的に
ぼやけた像と単調にぼやけた画像として配列６上に投影される。前記位置Q1、Q2 、Q3における配列6の軸z-z'に沿った距離はそれぞれ0、w1、w2である。前記素子
は対象物２の対応する領域から発生する光子に応答するよう配列され、検出信号
を発信する。
【００３３】 対象物2から発生し反射した光はレンズ4を通って伝達され、前記配列6の位置Q 1 に入射する時に軸z-z'に対して0からαmaxの範囲の角度を抱く。位置Q1におけ る前記配列6の素子10に入射する光は位置Q2、Q3で前記素子10からの距離がFmax だけ前記表面12上で広がり、Fmaxはそれぞれ次の式2、式3で与えられる。
【００３４】 この目的を達成するのが焦点画像であり、すなわちFmaxが前記距離pより小さ いときに焦点が合うものである。部分的にぼやけた画像は空間的特徴を認識可能
であるが、その中の空間的特徴はぼやけすなわちFmaxは前記距離pから前記表面1
2上で隣接する素子の25%が組み込まれた領域で規定される距離までの範囲にある
。焦点を外れた画像は一様にぼやけ空間的特徴は認識できない。すなわちFmaxが
前記12上で隣接している素子が組み込まれた領域で規定される距離より大きい。
【００３５】 図2はz-z'方向から見た図1における前記配列6の表面12の正面図20である。図2
は5×5の素子が二次元フィールドに組み込まれた配列を示し、前記配列6が128×
128の素子のフィールド、すなわち128行で128列の素子を組み込む事を表す。列 と行は互いに直交している。軸x-x'は図示の通り前記表面12と平行で素子の列と
交差しており、すなわち配列6の一端に近い素子E1と配列6のもう一端に近い素子
128で構成される。素子E2からE127は前記素子1と128の間に隣接し連続的に、た とえば素子E2は素子E1と素子E3の間に、素子E127は素子E126と素子E128の間にと
いうように配置される。
【００３６】 図3は前記素子E1からE30までのそれぞれの素子すなわち軸x-x'に沿った素子E1 から素子E128までの約1/4の距離に配置された素子E1から素子E30で構成される素
子の列が発信する検出信号を示すグラフである。該グラフは軸x-x'に沿った素子
の位置を示す横座標軸30を有する。グラフはまた前記素子の検出信号を表す縦座
標軸31を有する。軸31はコントラスト情報が縦座標軸に関連して拡大表示される
ようにするため不連続部32を含む。曲線33a（実線）、33b（破線）、33c（鎖線 ）はそれぞれ位置Q1における焦点の合った検出信号、位置Q2における部分的にぼ
やけた画像の検出信号および位置Q3における焦点の外れた画像の検出信号に相当
する。前記曲線33aは素子E3、E4、E11、E12、E13、E14、E19およびE20における 温度変化に伴う対象物2の光波放射変動に相当する情報を提供する。素子E3、E4 における前記変動は素子E11、E12、E13、E14、E19およびE20における変動より小
さい。曲線33cは不規則な線となり、その不規則性は素子の応答性変動に起因す る。曲線33cは対象物2からの平均光波放射に相当し、従来技術ではぺデスタル要
素を除去するための補正信号として使用される。曲線33bは前記配列6を横断して
局部的に変化する対象物2の局部光波放射に相当する。
【００３７】 図4はE1からE30までのそれぞれの素子からの検出信号のグラフで、曲線33aか ら曲線33b、曲線33cが減じられた曲線35b、35aがそれぞれ与えられる。曲線35a 、35bはそれぞれ実線と破線で示される。横座標軸は図2における前記軸x-x'に沿
った距離に相当する。直線36はゼロ値に相当する。縦座標軸38はそれぞれの要素
に関するぺデスタル要素が減じられた補正要素信号に相当する。曲線35aはいわ ゆる放射形として前記対象物2の相対空間放射に相当する。図3の前記曲線33aに 存在する不規則性はそれが減じられたため前記曲線35aは存在しない。これをFPN
減少という。曲線35bは曲線35aの濾過バージョンで対象物2からの放射局部変動 が強調される。
【００３８】 前記曲線35aはAaからAbの最初の変動範囲に入る。前記素子E3およびE4におけ る局部変動はDaからDb間の二番目の変動範囲に入る。局部ぺデスタル要素を除去
すると曲線35bが得られ、その曲線はBaからBb間の三番目の変動範囲に入る。Ca からCbまでの四番目の変動範囲には前記曲線35bの素子E3、E4における局部変動 が含まれる。四番目の変動範囲に対する三番目の変動範囲の割合は、前記一番目
の範囲に対する二番目の範囲の割合に比べて大きい。すなわち、
【００３９】 その結果曲線35bは従来技術のように相対放射計出力に対応しないが、他の領 域から惹起される大きな変動に関して強調された前記対象物2からの僅かの局部 変動を含む。特に優位となる点は前記曲線に際立っており、対象物2がそこから 確認されるように視覚的に明白である。
【００４０】 位置Q2で生ずる部分的なぼやけの程度は曲線35bにおいて好ましい程度の濾過 を提供するように選択されるだろう。たとえば位置Q1における焦点画像のポイン
トが位置Q2における100%までぼやければ、前記曲線35aおよび35bは等しくなり表
面濾過は得られない。たとえばぼやけの程度が減って完全に焦点が合うまで近づ
けば、Q1とQ2は一致し、曲線35の値はすべての素子に対して０となるであろう。
実際にはぼやけの程度は位置Q1における画像のポイントが最も隣接する周囲の要
素（p）を越えて前記配列6の素子の25%に達するまで広がる領域でぼやけの程度 は手動または自働制御で調整可能であり、その結果所望の程度の濾過が得られる
【００４１】 装置1の動作を更に説明すると、レンズ4によって前記表面12に関連してデカル
トx-y平面に配置された前記素子E上に投射される対象物2の画像は式「５」で表 される。画像は式5で表される。 ここで、 x0,y0 = z=0の時の平面におけるx軸、y軸のデカルト座標で焦点すなわち 位置Q1での画像を含む。 z = 軸z-z'に沿ったz軸デカルト縦座標、例えば位置Q2における。 x,y = z=0でないときにぼやけた画像を含む平面におけるx軸、y軸デカルト 座標、例えば位置Q2における。 K = レンズ4によって与えられるぼやけ機能 L = 画像の関数
【００４２】 曲線35bは一番目と二番目の画像の差である差分信号D(x0,y0)に相当し、最初 の画像は位置Q1におけるz1=0の時のz軸に形成され、二番目の画像は位置Q2にお けるz2=w1の時のz軸に形成され、次の式で表される。 D(x,y)=L(x,y,z1)−L(x,y,z2) （６） w1=0の時、関数L(x,y,z1)とL(x,y,z2)は等しくなり、両関数は特徴となる情報を
有するが、D(x,y)は０を保つ。このことは同じようにぼやけた画像が位置Q1にお
いて前記配列6に投射されると、曲線35bにおけるQ2は特徴となる情報を１つも持
たないことになる。これは位置Q1とQ2が等しいときに起こる。
【００４３】 前記関数を制御する幾何光学拘束により、前記レンズ4から得られるぼやけの 限界は次の式7で表される。 Fmax=Ztanαmax （７） ここで、 αmax= 放射の軸z-z'に対する最大配列半角で、前記配列6上に画像を形成する 。
【００４４】 式7においてz=0の時、位置Q1における前記配列6に焦点の合った画像が形成さ れると、z2tanαより小さい画像特性がD(x,y)で表される前記曲線35bの濾過出力
に形成される。この画像特性はぼやけの影響を受ける画像の均一でない空間要素
に相当する。この空間要素は一般に画像を変換する重要な特性情報に相当する。
【００４５】 図5は従来技術によるセンサ装置の概略図で該装置は50で示してある。該装置5
0は焦点面配列52とレンズ組立54で形成され、‘S’で表される対象物の画像を配
列52上に投射するよう配置される。
【００４６】 前記配列52は１つの面に基板56を有し、その基板上には128×128の二次元配列
テルル化水銀カドミウム（CMT）フォトダイオード素子58が例えば素子58aのよう
に微細に配置される。対象物の画像はこの面に投射される。素子58は波長が1μm
から15μmの赤外線に応答するように配置される。前記配列52は前記素子58のい ずれかが発信する信号を処理する基板56に接続される。前記集積回路60は１組の
信号処理回路62を有し、おのおののフォトダイオード素子58に対して１つの処理
回路、論理制御回路64および多重器66が基板56上に配置される。該基板56と集積
回路は複合体として一体に接着される。
【００４７】 前記レンズ組立54はガイド72の範囲に拘束され可動フレーム70内に配置される
ゲルマニウムレンズ68で構成され、矢印74で示されるように配列52から離れてま
たは配列52に向かって滑動する。前記レンズ68は赤外線放射に対して伝達できる
よう配置される。前記ガイド72は配列52が取りつけられる部材76を有する。前記
部材76は液体窒素とぺルチエ冷却装置（図示せず）を保持し、装置50が作動する
と配列52を冷却する。フレーム70は配列52に関連して２点の位置間でフレーム70
を動かすように、二方向電磁作動ソレノイド78に機械的に接続される。最初の点
とは前記対象物の部分的にぼやけた画像が素子58に投射される位置で、二番目の
点とは同対象物の焦点が合った画像が同素子58に投射される位置である。センサ
信号出力K1において合成出力信号が前記配列52から出力される。リモートユニッ
ト（図示していない）からソレノイド78と配列52を制御する制御信号K2が出力さ
れる。
【００４８】 図6は従来技術の信号処理回路で、100で表す。図示されている通り回路を構成
する要素は一体に接続される。この従来技術はUS特許No.5,155,348に説明されて
いる。
【００４９】 前記回路100はその相当するフォトダイオード素子58bに接続される前置増幅器
104、破線107で示すプログラム可能な電源106、集中キャパシタCs、破線109で示
す出力バッファおよび破線111で示すリセット回路110で構成される。前記回路10
0は素子58のそれぞれのために複製される。該回路100は図示されているように信
号接地Vssと電源VRS、Vddに接続される。制御ラインGaは増幅器104に接続され、
112で示される電気ノードに接続される可能化または不可能化出力のために増幅 器104に接続される。
【００５０】 リセット回路110はnチャネルの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOS
FE）T1で構成される。該トランジスタT1は制御ラインG1に接続されるゲート電極
とノード112および電源VRSにそれぞれ接続される２チャネル電極を有する。VRS は接地VSSに対する公称電圧で4Vである。
【００５１】 出力バッファ108は電源追跡器として形成されるnチャネルのMOS FET T2を有し
、該MOS FETはノード112に接続されるゲート電極Vddと出力Pにそれぞれ接続され
る2チャネルの電極である。出力Pは前記集積回路60に組み込まれる多重器66に接
続され、出力K1をあたえるためそれぞれの回路100を連結する。前記トランジス タT2は多重器66が発生し、キャパシタCSを通ってくる電圧のバッファとして配置
される。
【００５２】 前記電源106はストレージキャパシタCC、pチャネルMOS FET T3、T4、T7および
nチャネルMOS FET T5、T6を有する。該トランジスタT4、T6、T7は制御ラインG4 、G6、G7にそれぞれ接続されるゲート電極を有する。該トランジスタT7は、制御
ラインG7がセットされるときT7がそのチャネルの電極間に導通されるキャパシタ
CCを放電するために配置される。前記トランジスタT6は前記ラインG6がT6をその
チャネル電極の間で導通されるようにセットされたとき、キャパシタCCに加えら
れる電圧によって定められる大きさのノード112に電流を流す目的で配置される 。前記トランジスタT7が非導通のそしてトランジスタT4、T6が導通の形で配置さ
れると、電源106はプログラム可能な状態になり、そこで前記キャパシタCCに印 加される電圧はノード112において電流がそこから抽出される状態をたもつよう に調整する。
【００５３】 制御ラインGa、G1、G4、G6、G7は集積回路60に組み込まれた論理制御回路64に
接続される。この制御回路64は従来技術では、後に説明するようにラインGa、G1 、G4、G6、G7を順順にセットすることで制御入力K2に印加される信号に応答する
ように配置される。
【００５４】 従来技術のセンサ装置50は図5と図6に示される。前記素子58と前記配列52のそ
れぞれ対応する回路100は、較正モードの時は同持に、測定モードの時は順順に 作動する。
【００５５】 制御入力K2は以下に述べるように、前記回路100がすべて較正モードになるよ うに初期設定される。それぞれの回路100は、トランジスタT1、T4、T6、T7がそ れぞれチャネル電極間で非導通になるようにラインG1、G4、G6、G7が初期設定さ
れ、ラインGaが前置増幅器104からの信号を出力できないように初期設定される 。ソレノイド78は前記レンズ68を最初の位置に動かしてK2に応答し、対象の部分
的にぼやけた画像を投射し、図5に示す‘S’をフォトダイオード素子58の上に表
す。次いで前記ラインG1とG7は１マイクロ秒の間キャパシタCSにその電極間に公
称VRSの電圧差に対して充電するように、キャパシタCCは放電するようにそれぞ れセットされる。
【００５６】 次に較正モードであるが、例えば素子58bなどのそれぞれの素子58に発生する 電流は以下に述べるように部分的にぼやけた画像に呼応して相当するキャパシタ
CCの電圧として記録される。それぞれの回路で、ラインGaは前記の前置増幅器か
ら出力できるようにセットされ、ラインG4、G6はトランジスタT4、T6をそれぞれ
スイッチ動作するようセットし、数ミリ秒の間チャネル電極間が導通するように
セットされる。この間キャパシタCSとその素子に付随する光子に対応する該前置
増幅器の間に電流IPが流れる。電流IPは局部ぺデスタル要素と漏れ電流に相当す
る。この間キャパシタCCに加わる電圧は増加し、トランジスタT3、T6を流れる電
流が前記電流IPと等しくなって安定する。最後にラインG6とG4は非導通になるよ
うにトランジスタT6、T4にスイッチ動作するようセットされる。最後の電圧Vcc は前記電流IPの記録である。トランジスタT4がスイッチ動作すると前記電流IPが
不正確になることで起因する寄生チャージ注入がキャパシタCC上で起きる。この
精度が落ちることについては後述する。
【００５７】 次に制御入力K2が測定状態にセットされ、回路100をそれぞれ測定モードにす る。前記ソレノイド78はレンズ68を二番目の位置に動かしてこのK2の状態に応答
し、十分に焦点の合った対象物の画像をフォトダイオード素子58上に投射する。
【００５８】 前記焦点の合った画像に呼応してその相当する要素58に発生する電流が対象物
106によって投射され、ノード112において前記電流IPから減じられ、集積期間中
に前記キャパシタCSに集積される差動電流を提供する処理が続く。次に回路100 のそれぞれに、前記焦点の合った画像に呼応してその相当する要素58に発生する
電流が、ノード112において対象物106によって投射される前記電流IPから減じら
れ、集積期間中に前記キャパシタCSに集積される差動電流を提供する処理が続く
。前記処理でラインGaは前置増幅器104から出力できないようにセットし、ライ ンG1はトランジスタT1にスイッチ動作するようにセットして1マイクロ秒の間導 通し、キャパシタCSにその電極間にVRSだけの電位差に相当する充電をする。次 いでラインGaは集積期間を継続するために前記前置増幅器104から出力されるよ うにセットされる。この期間中ラインG6はトランジスタT6を同じにスイッチ動作
するようにセットし、電流IPをキャパシタCSに注入する。該電流IPを同時に注入
し、焦点の合った画像に呼応して前置増幅器104を流れる電流を除去すると電流 差が発生し、キャパシタCSに集積され、電流差に比例する大きさだけVRSからの 電極にかかる電圧を変化させる。この期間の最後にラインG6はトランジスタT6を
スイッチ動作するようにセットし、それが非導通となり、ラインGaは同時に前置
増幅器104から出力しないようにセットする。キャパシタCSにかかる電圧は多重 器66によって呼掛け信号の出力Pとすることが可能となる。多重器66は回路100の
それぞれに呼掛け信号を送り、センサ信号K1において配列52から対象物の空間濾
過表示に相当する合成出力信号を送る。
【００５９】 上に述べた対象物の空間濾過表示の生成はすなわちそれぞれの要素に関して該
対象物の部分的にぼやけた画像に相当する電流を対象物の焦点が合った画像に相
当する電流から減じることで以前の同等品よりもおおよそ50倍少ないダイナミッ
クレンジを有する電流差を生成する。この減少したレンジは、回路100のそれぞ れのキャパシタCS上に電流差が集積される期間を増加させ、それにより７の因子
である前記装置50の信号対雑音比が向上する。この改良はダイナミックレンジの
比の平方根であり、対象物の解釈に関して重要な優位情報を保持している間に達
成可能である。
【００６０】 前記装置50において制御K2入力は較正モードの後測定モードに繰り返しセット
され、続くいくつかの焦点が合った画像が較正モードが完了した後に装置50で濾
過される。
【００６１】 従来技術の装置50ではトランジスタT4がスイッチ動作したときに電流IPの記録
が不正確になるためにキャパシタCC上に寄生チャージ注入が起こるという不具合
がある。
【００６２】 回路100では制御ラインG4のスイッチ動作が速くなると、トランジスタT4のチ ャネルに充電され、またそのゲートと最初のチャネル電極間で電極間容量を経由
した充電が合成され、キャパシタCC上に注入されるためオフセットエラーが起き
る。そのエラーはラインG4のスイッチ動作を少し遅らせチャネルに充電されるの
に十分な時間を取る事で消散する。しかしこの処置は装置の動作速度を遅らせる
事になるので望ましくない。たとえ制御ラインG4のスイッチ動作を少し遅くして
T4のチャネルに充電されるのを消散させても、トランジスタT4の電極間容量で充
電される残留エラーが依然として存在する。
【００６３】 図７について説明すると、200で表されるこの発明によるセンサ装置が示され 、ここでは図8に関連して後に説明するが、新しい信号処理回路を適用する事に よって前述の残留エラーを扱う事が出来る。該装置200はレンズ組立204と前述し
た焦点面配列52から構成される。図7で該組立204は‘S’で表される対象物の画 像を前期配列52上に逐次投射するように配置される。該画像はそれぞれぼやけの
程度が異なる。前記装置200は光学的には前記装置50と同じ動作をするが、レン ズ68とソレノイド78は異なっており、対象物の部分的にぼやけた画像と焦点が合
った画像を配列52上に投射するために、焦点距離が異なり回転できるようにステ
ップモーター218のシャフト216に取り付けられる２つのゲルマニウムレンズ212 、213に置きかえられる。
【００６４】 前記レンズ組立204は不伝導性ディスク214に形成された穴に取りつけられる２
つのゲルマニウムレンズ212、213で構成される。該ディスク214は不伝導性フレ ーム220に保持されるモーター218のシャフト216に回転できるように取り付けら れる。フレーム220は配列52が取りつけられる部材222を有する。部材220は配列5
2を冷却するための液体窒素とぺルチエ冷却装置（図示していない）を備えてい る。前記レンズ212、213は焦点距離が異なるように配置され、ディスク214がモ ーター218の軸wの周りで回転し最初の角度位置に来た時レンズ212が対象物の焦 点が合った画像を配列52上に投射し、ディスク214がモーター218の軸wの周りで 回転し二番目の角度位置に来た時レンズ213が対象物のぼやけた画像を配列52上 に投射する。ディスク214の角度位置はモーター218に適切な信号を送る事によっ
て選択できる。信号出力K1において配列52から合成信号出力を与えられる。遠隔
装置（図示していない）からの制御信号でモーター218と配列52を制御する。
【００６５】 前記装置200はディスク214の回転を速くできる点で前記装置50より優れている
。例えば20回転／秒以上にすると、出力K1における空間濾過画像出力の再較正と
更新が速くできるためである。
【００６６】 図8について説明すると、300で表す信号処理回路の配線図が示されている。30
0のそれぞれの回路は図7においてそれぞれ相当するフォトダイオード素子58に接
続される。回路300の各要素は図示されているようにそれぞれ互いに接続されて いる。該回路300は集積回路60に組み込まれ、262で表される。
【００６７】 回路300はスイッチ動作可能なインピーダンスバックアップ302、プログラム可
能な電流源304、リセット回路306、出力回路308および集積回路310で較正される
。該回路300は信号接地VssとVddに接続される。リセット回路306は接地Vssと電 源Vddの間の中間電圧Vintに接続される。
【００６８】 バッファ302はゲート電極に接続される制御ラインG10に接続されるかまたは接
続されないように配置されるnチャネルMOS FET T10を有する。その二番目のチャ
ネル電極はノード312に接続される。前記トランジスタT10は共通ゲート配置にイ
ンピーダンス変換器として作動するよう配置され、ノルトン電流源として作動す
るときに素子58bに相当するシャント抵抗より小さいインピーダンスを素子58bに
提供する。トランジスタT10は最初のチャネルで1/gmの入力インピーダンスを提 供する。ここでgmはトランジスタT10の相互コンダクタンスである。
【００６９】 電流源304はストレージキャパシタCCで発生する電圧に応じて電源Vddからノー
ド312に電流を流す。電流源304はゲート電極がそれぞれ制御ラインG17、G18に接
続されるゲート電極を有するnチャネルMOS FET T17、T18、pチャネルMOS FET T1 5 、T16、T19およびストレージキャパシタCCで構成される。トランジスタT19は制
御ラインG19に接続されるゲート電極を具備する。
【００７０】 ラインG17はラインG18と理論的にバージョンが逆転している。トランジスタT1 7 は短いチャネルを有し、そのゲートチャネルキャパシタンスはトランジスタT18 の約半分、換言すれば25%から75%の間であり、そのチャネル電極も短く、トラン
ジスタT18からキャパシタCCに流れる電流を妨げないようにしている。 トランジスタT15、T16は自己カスコード電流源を生成するように配置される。こ
のように配置されるので、約100nAという小さな電流を得るためにノード312に接
続されるトランジスタT16の最初のチャネル電極において出力インピーダンスを 提供する。この電流は従来技術において電流源として形成される単なるMOS FET がチャネル電極で提供する電流より100倍も大きい。したがって本発明による回 路300は図6に示す回路100に比べ精度を著しく改善できる。更に自己カスコード 電流減では回路300が前記回路100に比べより速く安定する事から、単なるMOS FE
Tよりも速い動的な応答が得られる。キャパシタCCはその電極間に50fFのキャパ シタンスを形成し、次の間で平衡を保つ、 （i）減じられても画像を蓄積するのに十分大きなキャパシタンスを形成する、 （ii）トランジスタT18の電極間容量から放出される充電に起因するエラーを減 らす、そして、 （iii）構成モードの時回路300を数ミリ秒で安定させるのに十分なキャパシタン
スを形成する。
【００７１】 リセット回路306はゲート電極が制御ラインG11に接続されるnチャネルMOS FET
T11で構成される。トランジスタT11は集積回路310に組み込まれる集積キャパシ
タCSの端子間に容量がVintになるまで充電するように配置される。
【００７２】 出力回路308はゲート電極が制御ラインG14に接続され、nチャネルMOS FET T14 に接続され、電源追跡器の働きをするpチャネルMOS FET T13で構成される。前記
回路308はノード314においてキャパシタCCSに生成する電圧VCSに相当する濾過出
力Pを多重器66に提供する。
【００７３】 集積回路310はキャパシタCSとゲート電極が制御ラインG12に接続されるnチャ ネルMOS FET T12で構成される。トランジスタT12はノード312、314間に接続され
るチャネル電極を有する。キャパシタCSはその電極間に1pFのキャパシタンスを 生成し、その電極は次の間で平衡を保つ、 （i）集積回路60上の回路300が占める集積回路表面積を制限し、 （ii）可能な集積期間中に電流差が400pAまで集積するのに十分大きなキャパシ タンスを提供する。
【００７４】 図7と図8により前記回路300の動作を説明する。
【００７５】 制御入力K2は集積回路60の回路300の全部が較正モードになるよう初期設定す る。回路300のそれぞれで制御ラインG10、G11、G12、G14、G18、G19は制御回路6
4によりトランジスタT10、T11、T12、T14、T18、T19がチャネル電極間でそれぞ れ非導電となるように初期設定される。前記モーター218はこのK2の状態に応答 し、レンズ213をフォトダイオード素子58上に対象物の部分的にぼやけた画像を 投射する位置まで動かす。
【００７６】 次いで電流源304と回路300の集積回路310上のそれぞれのキャパシタCSが電極 間の電圧差の実効値がそれぞれVdd、Vintになるように充電される。制御回路64 がラインG11、G19を経由してそれぞれのトランジスタT11、T19をスイッチ動作し
て行われ、チャネル電極を1マイクロ秒の間導通させる。
【００７７】 次いで回路300で、入射フォトンに呼応して関連する素子58に生成する電流に 相当する較正信号が電流源304上のキャパシタCCに蓄積される。制御回路64がラ インG10、G18をトランジスタT10、T18が数ミリ秒の間チャネル電極間に導通させ
るようにセットすることで達成される。この期間には、回路300上のトランジス タT10、T15、T16のチャネル電極とその相当する素子58にフォトン入射に呼応し た電流が流れる。該電流はそれぞれの回路300において画像に生じる局部ぺデス タル要素と漏れ電流に相当する値IPとなり平衡する。トランジスタT18にフィー ドバックループが形成され、電流源304に適合する電圧VcCがキャパシタCCの電極
に発生し、電流IPが流れる。該電圧VcCはトランジスタT16のチャネル電極から流
れる電流が電流IPと等しくなると平衡状態となる。この条件ではラインG18はト ランジスタT18がそのチャネル電極が非導通になるようにセットされる。それぞ れの回路300の電圧VcCは最後にその相当する要素58からの電流として記録される
。
【００７８】 次いで制御入力K2は測定モードにセットされ、それぞれの回路300は測定モー ドとなる。ここでモーター218はK2の論理状態に呼応してフォトダイオード素子5
8上に対象物の焦点が合った画像を投射する位置までレンズ212を動かす。１度こ
の手順が完了すると、制御ラインG12は回路300のトランジスタT12が集積期間が 続く間そのチャネル電極が導通するようにセットされる。この期間回路300のト ランジスタT16の最初のチャネル電極から電流IPが流れ、フォトン入射に呼応し てその相当する素子58を通る電流Idが流れる。IP−Idに相当する差電流がトラン
ジスタT12のチャネル電極間に流れ、キャパシタCSに集積され、集積の間その電 極間の電圧差Vcsは変化する。最後に制御ラインG12はトランジスタT12のスイッ チを作動させ、その電極間は非導通となる。次に多重器66はトランジスタT14が チャネル電極間で導通するように制御ラインG14をセットして回路300に呼掛け信
号を発信し、出力Pにおいて濾過信号を提供する。多重器は集積回路60の回路に 呼掛け信号を発信し、対象物の空間濾過画像に相当する出力K1において配列52か
らの合成出力信号を提供する。
【００７９】 回路300には回路100と比べて、較正モードと測定モード中配列52上に投射され
る画像に呼応して生成された信号をより正確に減じる事が出来ると言う利点があ
る。回路100では、制御ラインG4の速いスイッチ動作はトランジスタT4のチャネ ルでの蓄積充電と、ゲートと最初のチャネル電極間の電極間キャパシタンスを経
由した合成充電がキャパシタCcに投射されるため、オフセットエラーを惹起する
。そのエラーはラインG4のスイッチ動作を少し遅らせればチャネルに蓄積される
充電が消散する時間があることから、減らすことができる。しかし、電極間キャ
パシタンスによる充電注入で起こる残留エラーが依然として存在する。回路300 は少なくとも部分的に該残留エラーを緩和できる。制御ラインG17とG18は互いに
逆位相にスイッチ動作するよう配置され、トランジスタT17のチャネル電極とゲ ート電極間に形成される電極間キャパシタンスによりラインG17がスイッチ動作 するとキャパシタCcから補償充電が減じられる。補償充電は、制御ラインG18が スイッチ動作するときにトランジスタT18のゲート電極と二番目のチャネル電極 間に生成され、電極間キャパシタンスからトランジスタT18を通ってキャパシタC C に投射される充電を打ち消す。
【００８０】 本発明の例では次に示すように別の要素も組み込む、 （i）赤外線を伝達する前記ゲルマニウムレンズ212、213は波長が0.3μmから１ μｍの範囲の可視光線を伝達するシリカガラスレンズで代替でき、 （ii）前記ダイオード素子58は可視光線にも同様に応答可能である。 これにより装置200は可視光線を発生する空間濾過出力にも使用可能となる。フ ォトダイオード素子58は、可視光線を感知する装置200を作るため、MOSまたはCC
Dと置き換えられる。
【００８１】 レンズ212、213は画像を配列52に投射するように配置した成形鏡組立で代替で
きる。鏡はゲルマニウムレンズやシリカガラスレンズに比べ、より広い範囲の放
射周波数を有する対象物の画像を投射できる。
【００８２】 レンズ212、213の代わりに１個または複数個のフレスネル輪帯板を使用すると
、焦点特性が得られるため配列52上に画像を投射できる。この利点は、該輪板は
レンズ212、213に比べて通常数グラム程度の小さな質量で構成できるため、ディ
スク214の回転速度を上げられ配列52からの空間濾過画像出力を頻繁に更新する ことが出来る。
【００８３】 部分的にぼやけた画像が較正の間にぼやけの程度によって、手動または装置20
0に接続される遠隔装置で自働で調整されて配列52上に投射できるので、出力K1 に対する所望の濾過が達成できる。さらに、対象物の均一にぼけた画像はレンズ
213によって配列52上に投射されるので、装置200はより精密な画像濾過を達成で
きるばかりか、相対放射計出力にも対応できる。
【００８４】 十分に焦点が合った画像と部分的にぼやけた画像は、較正モードと測定モード
の時それぞれ配列52上に投射され、その信号は焦点が合った画像に相当する回路
300のキャパシタCCに記録される。これは出力K1においてセンサ信号が可逆的な 画像トーンを得られることである。
【００８５】 さらに、 （i）固定レンズ、すなわちディスク214に回転できるように組み込まれるレンズ
ではなく、レンズ組立204のフレーム220の一定位置に固定されるレンズは焦点が
合った画像を素子52上に投射できそして、 （ii）ディスク214に回転できるように設置される拡散シャッターは、装置200の
バージョンによって制御入力K2に応じて第一の位置と第二の位置の間で移動可能
となる。該シャッターは第一の位置においてレンズ組立204を通ってその配列52 に放射される光を妨げないように、第二の位置においてレンズ組立204を通って その配列52に放射される光を拡散するように配置される。該シャッターは研磨ガ
ラス板を具備することが出来、その板はそこに入射する光の僅か5%を減衰してい
る間に可視光線を伝達し拡散する。その拡散特性は、配列52の中央部にある素子
58すなわち参照素子に伝達された光は、シャッターが第一の位置にあるときに拡
散し、その90%が該参照素子に最も隣接する範囲内で発光し、シャッターが第二 の位置にあるときは、配列52の参照素子に隣接する素子58の64%に発光する。こ こで素子の64%は図1のGmax=0.4hに相当する。
【００８６】 出力K1が、対象物の拡散イメージに対する配列52の中の素子58の応答を対象物
の非拡散イメージに対するその応答から引いた差に等しいとき、フリッカ雑音と
素子オフセットおよび応答度の変動（FPN）に起因する出力K1におけるデータの 欠陥は、測定モードの間配列52からの直接の出力に比べて減少する。出力K1にお
ける素子オフセットの温度依存と応答度の温度特性に起因する欠陥も減少する。
【００８７】 （産業上の利用可能性） 出力K1はディスプレーが可能で、後々ディスプレーや処理をするため記憶する
こともできる。また装置200が電子カメラ装置にもなることから印刷も可能であ る。メモリ装置は書き換え可能なEEPROMで、電源供給がなくなってもデータ保存
が可能である。
【００８８】 該配列52はCCD配列で代替できる。CCD配列を採用しても、該装置200は前記配 列52と同様の利点があり、MOS光検出器、フリッカ雑音が少ない事からFPNそして
オフセット流動などに適用できる。
【００８９】 研磨ガラス板の代わりとして、シャッターには少なくとも１枚の半透明プラス
チック板、トレーシングペーパー、微小プリズムシート、１枚または複数枚のフ
レネル板そして１枚または複数枚の位相板が対象物の放射拡散用途に使用できる
。シャッターは標準の（SLR）レフレックスカメラのようにピボットで取りつけ られる。配列52とレンズ組立204の間に素早く抜き差しできるように、回転キャ リヤーに取りつける方法もある。シャッターをその作動メカニズムを含め、透明
と不透明の間の状態で作動する液晶空間光変調器で置き換える方法もある。前記
液晶光変調器はポリマー分散液晶装置（PDLC）で、伝達される可視放射を拡散し
てある状態にし、その中でバイアスポテンシャルに応じて状態を変え光を拡散す
ることなく伝達するものである。PLDCは連続等方性ポリマーマトリックス状のネ
マチック液晶分散の小滴で形成される。更に、装置200は較正と測定を交互に行 うか、較正モードに戻る前に数回の測定モードで動作するよう設定できる。また
、該装置は測定モードで動作するために対象物を表示するときにその関連する較
正モードに最初に従うように設定され、そのため静止カメラに適用された場合、
撮影に際し較正モードを省略してすぐに対象物を見ることが出来る。
【００９０】 しかし装置200がビデオカメラに適用された場合、すべての測定モードに対し て較正モードを実行するのは適切ではない。何故ならばフレーム更新率が比較的
高くなり、１秒に50フレームにも達するからである。ビデオカメラの場合は装置
200を採用し、照明や温度条件が変わったときだけ較正モードを実行したほうが 良い。何故ならば素子の応答に影響するのはそういった環境要素だからである。
較正モードは使用者が手動で装置200に関連するスイッチを操作して実行される 。装置200は較正を自働でも出来る。
【００９１】 装置200はマルチ素子配列52を具備できる。その素子は１個または複数個のテ ルル水銀カドミウムフォトダイオードで、MOS読み出しフォトダイオード、MOS読
み出しフォトトランジスタ、MOS読み出しフォトゲートそしてCCD読み出しフォト
ダイオードなどがある。
【００９２】 以上述べた本発明の実施態様は赤外線と可視光線に対応するもので、超音波、
マイクロ波、X線に応答する態様も可能であり、その場合は所定の放射に応答す るマルチ素子配列と反射装置または領域板として１個または複数個の焦点装置を
使用し、その配列上にぼやけの度合いが異なる画像を投射するように配置する。
X線に対応するには、その配列を可視光線を放射してX線入射に応答し、多重チャ
ネル光増幅器で増幅する複数個のシンチレーターで構成すれば良い。
【００９３】 センサ装置200では１つの方法として、それぞれの素子58において較正信号を 生成するための対象物‘S’の焦点がはずれたすなわち拡散した画像を投射して 、較正対象物のぼやけた画像を較正モードの間配列52上に投射することができる
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるセンサ装置の概略図である。
【図２】 図１に示した従来技術によるセンサ装置の焦点面配列の概略図である。
【図３】 図２に示す配列上の１つの軸に沿った検出信号のグラフである
【図４】 図３で全ぺデスタルおよび局部ぺデスタル補正された信号のグラフである。
【図５】 従来技術のセンサ装置における焦点面配列とレンズ組立の概略図である。
【図６】 図５に示す配列に組み込まれた従来技術の信号処理回路の配線図である。
【図７】 回転可能なレンズを組み込んだ本発明によるセンサ装置の概略図である。
【図８】 図７に示す装置に組み込まれた信号処理回路の配線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０４Ｎ 5/33 7/18 7/18 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，Ｇ Ｂ，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 コリンズ スティーヴン イギリス国 ウースターシャー ダブリュ ーアール14 ３ピーエス モルヴァーン セント アンドリュース ロード （番地 なし） ディフェンス エヴァリュエイシ ョン アンド リサーチ エージェンシー (72)発明者 リーズ ディヴィッド ジョン イギリス国 ウースターシャー ダブリュ ーアール14 ３ピーエス モルヴァーン セント アンドリュース ロード （番地 なし） ディフェンス エヴァリュエイシ ョン アンド リサーチ エージェンシー (72)発明者 マーシャル ギリアン フィオーナ イギリス国 ウースターシャー ダブリュ ーアール14 ３ピーエス モルヴァーン セント アンドリュース ロード （番地 なし） ディフェンス エヴァリュエイシ ョン アンド リサーチ エージェンシー Ｆターム(参考） 2G066 AC20 BA13 BA14 BA36 BB07 CA02 CA08 2H088 EA44 GA10 HA06 HA24 MA01 5C021 PA02 PA62 PA66 PA79 PA92 PA93 PA94 PA96 XA03 XA12 XA20 5C024 AX01 AX06 BX04 CX41 CY04 CY17 EX04 EX11 EX31 EX42 EX56 GX03 GX08 GX16 GX18 GY01 GY31 HX01 HX29 HX35 HX40 HX41 HX48 HX59 5C054 AA01 AA05 CA04 CA05 CC02 EA01 ED07 FC01 GA04 GB01 HA18 【要約の続き】

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (i)複数の検出素子（58）を有し、第一と第二の検出段階の 間にそれぞれ第一と第二の素子信号を導出するように配置された検出手段（52）
    、および、 （ii）前記素子信号から、センサ信号を生成するのに使用する差信号を導出する
    ために、それぞれの素子（58）に関連づけられた処理手段（300） を有する、対象物の濾過画像に呼応するセンサ信号を生成するセンサ装置であっ
    て、 前記処理手段は、検出段階間の該センサ装置のスイッチ動作に呼応して発生す
    る誤差を打ち消す補償手段を備えていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記処理手段（300）が、 （i）前記第一段階において前記第一の素子信号から導出される較正信号をそこ に記録する記憶キャパシタを有する記憶手段（304）、および （ii）前記第一段階において前記キャパシタに電流を注入し、差信号の生成に使
    用するために、第一段階において記録された前記較正信号に呼応して前記第二段
    階において電流を提供するためのものであって、自己カスコードMOS FETを組み 込んだプログラム可能な電流源を備えている電流注入手段 を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  3. 【請求項３】 （i） 前記処理手段（300）は、前記第一段階において前記第一の素子信号から 導出される較正信号をそこに記録する記憶キャパシタを有する記憶手段（304） 、および （ii）前記補償手段は、第一と第二の電極を有する補償キャパシタを組み込んで
    おり、前記第一の電極は補償充電をそれに注入するために前記記憶キャパシタに
    接続され、前記第二の電極は、前記センサ装置が検出段階間でスイッチ動作され
    た時、前記記憶手段（304）に発生する誤差を打ち消すために補償信号によって 作動されるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置
    。
  4. 【請求項４】 前記補償信号は前記段階を選択する前記処理手段に与えられ
    る信号と逆位相になっていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
  5. 【請求項５】 前記補償キャパシタは、そのチャネル電極が該キャパシタの電極の１つを提供
    するように共に短絡され、そのゲート電極が該キャパシタのもう１つの電極を提
    供するように配置された補償MOS FETを具備することを特徴とする請求項３また は４に記載のセンサ装置。
  6. 【請求項６】 前記記憶手段（304）は、該記憶手段がその相当する較正信号をその記憶キャ パシタに記憶する前記第一段階から、該記憶手段が前記較正信号を提供する前記
    第二段階にそれ自身を切り替えるために使用可能なMOS FETを有し、前記補償MOS
    FETはそのゲートチャネルキャパシタンスが前記使用可能なMOS FETのキャパシ タンスの実質的に半分になるように短いチャネルを有することを特徴とする請求
    項５に記載のセンサ装置。
  7. 【請求項７】 前記素子（58）と前記処理手段（300）が基板上に一緒に集積されることを特 徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  8. 【請求項８】 前記処理手段（300）は、前記処理手段（300）からその相当する素子（58）へ
    のインタフェースをとり、前記素子（58）の相当する内部インピーダンスより小
    さい入力インピーダンスを前記素子（58）に与えるためのものであって、共通ゲ
    ート配置で形成されたMOS FETを有するインタフェース手段（302）を備えている
    ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  9. 【請求項９】 前記センサ装置は、、 （i）少なくとも1つの画像は対象物からの光を投射である （ii）画像は互いにぼやけの程度が異なるが、いずれも完全には焦点を外れてお
    らず、それぞれ識別可能な空間的特徴を保持している ところの前記第一と第二段階の間に前記検出手段（52）に対してそれぞれ第一と
    第二の画像を投射し、 それによりセンサ装置に対象物の空間濾過された画像に対応するセンサー信号
    を提供することを可能とするための投射手段（204）を有することを特徴とする 請求項１に記載のセンサ装置で、。
  10. 【請求項１０】 それぞれぼやけの程度が、1個の素子（58）に焦点が合う対象物の部分からの 光が、前記検出手段（52）の中の1個の素子（58）から素子の25%までの範囲の数
    の素子に分散している程度であることを特徴とする請求項９に記載のセンサ装置
    。
  11. 【請求項１１】 前記画像は、手動または自働で選択できる程度にぼやけていることを特徴とす
    る請求項９に記載のセンサ装置。
  12. 【請求項１２】 前記第二の画像は、前記第一の画像より大きい程度までぼかされていることを
    特徴とする請求項９に記載のセンサ装置。
  13. 【請求項１３】 前記第一と第二画像のうち少なくとも１つは拡散画像であることを特徴とする
    請求項９に記載のセンサ装置。
  14. 【請求項１４】 前記投射手段は、前記画像が拡散している時、焦点が合った画像から1個の素 子上に受けることができ放射光に相当する放射光が、2個の素子と全素子の64%の
    間で受け取られるように配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のセ
    ンサ装置。
  15. 【請求項１５】 前記投射手段は液晶空間光変調器を有しており、該変調器は、前記第一と第二
    の画像にたいして異なる程度のぼやけを生成するために、該変調器が対象物から
    前記検出手段（526）への光を、実質的に拡散することなく伝達する第一状態と 、伝達し拡散する第二状態との間で制御できるように配置されていることを特徴
    とする請求項１３に記載のセンサ装置。
  16. 【請求項１６】 液晶光空間光変調器はポリマー拡散液晶装置（PDLC）であり、該装置は装置
    に加わる制御電位に呼応して選択できる状態のうち、一つの状態ではそこを通過
    する光を拡散しもう一つの状態では実質的に拡散しないで伝達するように配置さ
    れていること特徴とする請求項１５に記載のセンサ装置。
  17. 【請求項１７】 それぞれの素子（58）は、少なくとも１つのテルル化水銀カドミウムフォトダ
    イオード、MOS読み出しを備えたフォトダイオード、MOS読み出しを備えたフォト
    トランジスタ、MOS読み出しを備えたフォトゲートおよびCCD読み出しを備えたフ
    ォトダイオードのうちの少なくとも１つを有すること特徴とする請求項１に記載
    のセンサ装置。
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