JP2013090260A - 半導体集積回路、赤外線撮像装置及び読み出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】読み出された画素値を増幅する増幅回路の発熱量の変動がセンサに与える影響を抑制する。
【解決手段】画素回路３−１〜３−４において、センサ３ａは、入射赤外線の赤外線量に応じた電流を流し、積分部３ｃは、センサ３ａに流れる電流を積分して電圧値に変換し、保持部３ｄは、変換された電圧値を保持する。そして、制御信号生成回路６が、センサ３ａに流れる電流の積分部３ｃにおける積分時または積分開始前に、保持部３ｄに保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路、赤外線撮像装置及び読み出し方法に関する。

夜間などでも赤外線を利用して撮像対象を撮影することができる赤外線撮像装置が知られている。
赤外線撮像装置は、撮像対象から放射される赤外線を検出するセンサを有した複数の画素回路を有している。センサは、入射赤外線の量に応じて電気抵抗が変化するものである。各センサにバイアス電圧が印加されたとき、各センサに流れる電流量に応じた画素値（電圧値）が、たとえば、シフトレジスタによって各画素回路から時系列に読み出される。

読み出された画素値は増幅され、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換や、画素値の補正処理などが施された後、Ｄ／Ａ変換されて表示装置に出力される。
近年、画素フォーマットの大規模化によって、読み出された画素値を増幅する増幅回路の消費電力が大きくなっている。

特開２００４−３６４２４１号公報

読み出される画素値のレベルはセンサごとに変動するため、画素値を増幅する増幅回路の消費電力は変動し、発熱量も変動する。これにより、温度変動に敏感な赤外線検出用のセンサが影響を受け、画素回路から適切な画素値が読み出せなくなるという問題があった。

発明の一観点によれば、入射赤外線の赤外線量に応じた電流を流すセンサと、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換する積分部と、変換された電圧値を保持する保持部とを備える複数の画素回路と、前記複数の画素回路から、前記保持部に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路と、前記複数の画素回路から読み出された画素値を増幅する増幅回路と、前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えた半導体集積回路が提供される。

また、発明の一観点によれば、入射される赤外線の赤外線量に応じた電流を流すセンサと、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換する積分部と、変換された電圧値を保持する保持部とを備える複数の画素回路と、前記複数の画素回路から、前記保持部に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路と、前記複数の画素回路から読み出された画素値を増幅する増幅回路と、前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記センサを冷却する冷却部と、を備えた赤外線撮像装置が提供される。

また、発明の一観点によれば、センサを有する複数の画素回路に入射される赤外線の赤外線量に応じて、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換し、前記電圧値を保持し、保持されている前記電圧値に応じた画素値を前記複数の画素回路から読み出して増幅し、前記電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記画素値を読み出す読み出し回路の動作停止期間を有する読み出し方法が提供される。

開示の半導体集積回路、赤外線撮像装置及び読み出し方法によれば、読み出された画素値を増幅する増幅回路の発熱量の変動がセンサに与える影響を抑制できる。

本実施の形態の赤外線撮像装置の一例を示す図である。 冷却部の一例を示す図である。 素子温度の変動と、素子電流及び蓄積容量の電圧の一例を示す図である。 素子温度の変動と、素子電流及び蓄積容量の電圧の他の例を示す図である。 積分期間の開始前のある期間に画素値の読み出しを停止した場合の素子温度の変動例を示す図である。 積分期間中のある期間に画素値の読み出しを停止した時の素子温度の変動例を示す図である。 読み出し停止期間を２箇所設けた場合の素子温度の変動と、素子電流及び蓄積容量の電圧の一例を示す図である。 読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号の一例を示す図である。 制御信号生成回路の一例を示す図である。 制御信号生成回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。

以下、本実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施の形態の赤外線撮像装置の一例を示す図である。
赤外線撮像装置１は、半導体集積回路２、レンズ部１０、パルス生成回路１１、信号処理回路１２、表示装置１３、冷却部１４を有している。なお、赤外線撮像装置１の各部に電源電圧を供給する回路や、赤外線撮像装置１の各部を制御する制御部などは図示を省略している。

半導体集積回路２は、複数の画素回路３−１，３−２，３−３，３−４、読み出し回路４、増幅回路５、制御信号生成回路６、垂直信号線７−１，７−２、水平信号線８−１，８−２、出力線９、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を有している。

なお、図１に示されている赤外線撮像装置１の例では、図示を簡略化するため、２×２の画素回路３−１〜３−４を示しているが、画素回路が５つ以上あってもよいことは言うまでもない。

画素回路３−１は、センサ３ａ、入力トランジスタ３ｂ、積分部３ｃ、保持部３ｄ、トランジスタ３ｅ，３ｆを有している。
センサ３ａは、赤外線量に応じて電気抵抗が変化し、流れる電流が変化する素子である。そのため、センサ３ａは、レンズ部１０を介して入射される入射赤外線の赤外線量に応じた電流を流す。

入力トランジスタ３ｂは、たとえば、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。入力トランジスタ３ｂは、センサ３ａと積分部３ｃとの間に接続されており、ゲートに入力される信号に応じて、センサ３ａと積分部３ｃ間の電流経路を接続または切断する。なお、図示を省略しているが、入力トランジスタ３ｂのゲートには、後述する制御信号生成回路６からの信号が入力される。

積分部３ｃは、トランジスタ３ｃ１と蓄積容量３ｃ２を有している。トランジスタ３ｃ１は、たとえば、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、ソースには電源電圧が供給されており、ドレインには蓄積容量３ｃ２の一方の端子が接続されている。図示を省略しているが、トランジスタ３ｃ１のゲートには、パルス生成回路１１からのリセット信号が入力される。この画素回路３−１のリセット時には、トランジスタ３ｃ１がオンし、電源電圧により、蓄積容量３ｃ２が充電される。蓄積容量３ｃ２の他方の端子は接地されている。トランジスタ３ｃ１と蓄積容量３ｃ２間のノードは入力トランジスタ３ｂと保持部３ｄに接続されている。

このような積分部３ｃは、入力トランジスタ３ｂがオンの期間（積分期間）、トランジスタ３ｃ１がオフのとき、センサ３ａに流れる電流を蓄積容量３ｃ２で蓄積（積分）し、電圧値に変換する。

保持部３ｄは、たとえば、図１に示されているように、サンプルホールド回路であり、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ３ｄ１と、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ３ｄ２と、容量３ｄ３を有している。トランジスタ３ｄ１，３ｄ２は、積分部３ｃのトランジスタ３ｃ１と蓄積容量３ｃ２間のノードと、容量３ｄ３の一方の端子との間に接続されている。容量３ｄ３の他方の端子は接地されている。図示を省略しているが、トランジスタ３ｄ１，３ｄ２のゲートには、パルス生成回路１１からの信号が入力され、トランジスタ３ｄ１，３ｄ２が両方オンのときには、蓄積容量３ｃ２で積分されて得られた電圧値が、容量３ｄ３に保持される。

トランジスタ３ｅ，３ｆは、たとえば、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタ３ｅのドレインには電源電圧が印加される。トランジスタ３ｅのソースは、トランジスタ３ｆのドレインに接続されており、トランジスタ３ｆのソースは、垂直信号線７−１に接続されている。また、トランジスタ３ｅのゲートは、トランジスタ３ｄ１，３ｄ２と容量３ｄ３間のノードに接続されている。トランジスタ３ｆのゲートは、水平信号線８−１に接続されている。

トランジスタ３ｆがオン状態のときには、トランジスタ３ｅのゲート電圧に応じた電圧値（以下、この電圧値を画素値とする）が垂直信号線７−１に印加される。
図示を省略しているが、他の画素回路３−２〜３−４についても画素回路３−１と同様の要素を有しているものとして以下説明する。

読み出し回路４は、画素回路３−１〜３−４に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す。読み出し回路４は、垂直シフトレジスタ４ａと水平シフトレジスタ４ｂを有している。

垂直シフトレジスタ４ａは、パルス生成回路１１からの信号によりトランジスタ３ｆを制御して、水平信号線８−１，８−２に接続された画素回路３−１〜３−４を、水平信号線８−１，８−２ごとに選択する。たとえば、画素回路３−１，３−２を選択する場合には、垂直シフトレジスタ４ａは、水平信号線８−１にＨ（High）レベルの信号を供給し、トランジスタ３ｆをオンし、画素値を読み出して、垂直信号線７−１，７−２に伝える。

水平シフトレジスタ４ｂは、パルス生成回路１１または制御信号生成回路６からの信号によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を制御して、垂直信号線７−１，７−２に読み出された画素値を、水平信号線８−１，８−２を１ラインごとに選択して、出力線９に伝える。

増幅回路５は、たとえば、オペアンプであり、出力線９に読み出された画素値を増幅して出力する。
制御信号生成回路６は、積分部３ｃにおける電流の積分期間の開始前または積分期間中に、読み出し回路４の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する。図１に示す半導体集積回路２の例では、制御信号生成回路６は、水平シフトレジスタ４ｂの動作停止期間を生じさせる制御信号を生成し、水平シフトレジスタ４ｂに供給する。

なお、出力線９に接続されたトランジスタＴｒ３は、たとえば、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、ドレインに出力線９を接続し、ソースを接地している。半導体集積回路２の動作時には、トランジスタＴｒ３のゲートには電源電圧が印加され、トランジスタＴｒ３はオン状態となり、増幅回路５のバイアス電流となる定電流を出力線９に供給する。

赤外線撮像装置１において、レンズ部１０は、撮像対象からの赤外線を集光して画素回路３−１〜３−４に入射する。
パルス生成回路１１は、各画素回路３−１〜３−４、読み出し回路４、制御信号生成回路６を動作させるためのパルス信号を生成して供給する。たとえば、パルス生成回路１１は、画素回路３−１〜３−４の積分部３ｃにおけるトランジスタ３ｃ１のゲートに、所定のタイミング（たとえば、画素回路３−１〜３−４からの１フレーム分の画素値の読み出し開始時）で、リセット信号を供給する。また、パルス生成回路１１は、制御信号生成回路６に、水平クロックパルスまたは水平シフトレジスタ４ｂ用のデータパルスを供給する。

信号処理回路１２は、増幅回路５で増幅された画素値に対し信号処理を行い、表示装置１３に出力する。たとえば、信号処理回路１２は、Ａ／Ｄ変換回路、演算回路、Ｄ／Ａ変換回路を有しており、増幅回路５の出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換し、演算回路でオフセット・ゲイン補正を行い、補正後のデジタル信号をアナログ信号に変換する。

表示装置１３は、たとえば、液晶ディスプレイなどであり、信号処理回路１２から出力されるアナログ信号を受信し、撮像対象の赤外線映像を表示する。
冷却部１４は、半導体集積回路２を冷却して、センサ３ａの温度を、たとえば、７０Ｋ〜８０Ｋ程度に調整する。冷却部１４は、温度調整用のヒータを有していてもよい。

図２は、冷却部の一例を示す図である。
図１に示した冷却部１４は、たとえば、図２のように、冷凍機（たとえば、スターリング冷凍機）２０、真空容器２１、ステム２２、赤外線透過窓２３、コールドシールド２４、温度センサ２５、ヒータ２６、温度調整器２７、配線２８，２９を有している。

冷凍機２０は、内部に畜冷器が収納されたディスプレーサ２０ａを真空容器２１中に導入して、ディスプレーサ２０ａの先端に取り付けられたステム２２に配置される半導体集積回路２を冷却する。

赤外線透過窓２３は、図１に示したレンズ部１０を介して入射される赤外線を真空容器２１内に導入する。赤外線透過窓２３で真空容器２１内に導入された赤外線は、コールドシールド２４によって、視野を制限され不要な入射光がカットされ、半導体集積回路２に入射される。

ステム２２には、さらに、温度センサ２５とヒータ２６が配置されており、温度センサ２５とヒータ２６は、配線２８，２９を介して温度調整器２７に接続されている。
温度調整器２７は、温度センサ２５で検出された温度に応じてヒータ２６を制御して、設定温度（たとえば、７０Ｋ〜８０Ｋなど）になるように温度を調整する。

上記のような赤外線撮像装置１及び半導体集積回路２では、単位時間ごとに、画素回路３−１〜３−４から１フレーム分の画素値が読み出し回路４にて読み出され、増幅回路５で増幅され、信号処理回路１２にて信号処理され、表示装置１３に表示される。

スループットを上げるために、読み出しの際には、次のフレームで読み出される画素値を決めるための積分も、各画素回路３−１〜３−４で行われる。すなわち、画素回路３−１〜３−４の保持部３ｄに保持されている電圧値に応じた画素値が読み出されている間、センサ３ａに流れる電流が積分部３ｃで積分される。１フレーム分の画素値の読み出しの際には、画素値に応じて主に増幅回路５での消費電力は変動し、発熱量も変動する。これにより、センサ３ａの温度（素子温度）が変動する。

図３は、素子温度の変動と、素子電流及び蓄積容量の電圧の一例を示す図である。
図３では、同一時間軸上での素子温度、素子電流、蓄積容量３ｃ２の電圧の変化の例が示されている。素子温度が前述の冷却部１４での設定温度に対して、図３に示されているように変動すると、センサ３ａに流れる暗電流がその影響を受け、素子電流も変動して理想値からずれる。

素子電流の積分期間（タイミングｔ１〜ｔ２）において、図３に示されているような周期の長い素子電流の変動が生じると、蓄積容量３ｃ２の電圧が理想値に対して低くなる。
図４は、素子温度の変動と、素子電流及び蓄積容量の電圧の他の例を示す図である。

図４でも、同一時間軸上での素子温度、素子電流、蓄積容量３ｃ２の電圧の変化の例が示されている。素子温度が前述の冷却部１４での設定温度に対して、図４に示されているように変動すると、素子電流も変動し理想値からずれる。

素子電流の積分期間（タイミングｔ３〜ｔ４）において、図４に示されているような変動が生じると、蓄積容量３ｃ２の電圧が理想値に対して高くなる。
図３、図４に示したような蓄積容量３ｃ２の電圧の理想値からのずれが生じると、入射赤外線の光量とは無関係に画面の明暗が発生し、いわゆるチラつきの原因となる。センサ３ａの熱容量を大きくすると、発熱変動の影響を低減することができるが、センサ３ａの温度調節に必要な冷凍機２０やヒータ２６などに高出力なものが要求される。

このような蓄積容量３ｃ２の電圧の理想値からのずれを抑制するため、本実施の形態の赤外線撮像装置１では、制御信号生成回路６により、素子電流の積分期間の開始前または積分期間中のある期間、読み出し回路４による画素値の読み出し動作を停止させる。

これにより、読み出し回路４の動作停止期間は、増幅回路５からは画素値が出力されなくなり、増幅回路５の消費電力は一定となり、発熱量の変動が抑えられる。したがって、素子温度が設定温度に近づく。

図５は、積分期間の開始前のある期間に画素値の読み出しを停止した場合の素子温度の変動例を示す図である。縦軸が素子温度、横軸が時間を示している。
なお、点線は、画素値の読み出しを停止しない場合の素子温度の変動例を示している。
図５に示す例では、積分期間開始前のタイミングｔ５〜ｔ６の期間を読み出し停止期間（読み出し回路４の動作停止期間）としている。

タイミングｔ５で、画素回路３−１〜３−４からの画素値の読み出しが停止されると、画素値に応じた増幅回路５での発熱量の変動が抑制され、素子温度は設定温度に近づく。これにより、その後のタイミングｔ６〜ｔ７の積分期間においても、素子温度の設定温度に対する変動を抑えられる。

図３や図４に示したように、素子電流は素子温度と同様に変動するため、積分期間における素子温度を設定値に近づけることで、素子電流も理想値に近づけることができ、その結果、蓄積容量３ｃ２の電圧の理想値からのずれを抑制できる。

なお、図５に示す例では、読み出し停止期間の終了タイミングを積分期間の開始タイミングと一致させているが、必ずしも一致させなくてもよい。ただ、積分期間での素子温度の変動を、より抑制するために、積分期間の開始直前に読み出し停止期間を設定することが望ましい。

図６は、積分期間中のある期間に画素値の読み出しを停止した時の素子温度の変動例を示す図である。縦軸が素子温度、横軸が時間を示している。
なお、点線は、画素値の読み出しを停止しない場合の素子温度の変動例を示している。

図６に示す例では、積分期間（タイミングｔ８〜ｔ１１）中のタイミングｔ９〜ｔ１０の期間を読み出し停止期間としている。
タイミングｔ９で、画素回路３−１〜３−４からの画素値の読み出しが停止されると、画素値に応じた増幅回路５での発熱量の変動が抑制され、素子温度は設定温度に近づく。これにより、積分期間における、素子温度の設定温度に対する変動量を抑えられる。

図３や図４に示したように、素子電流は素子温度と同様に変動するため、積分期間における素子温度を設定値に近づけることで、素子電流も理想値に近づけることができ、その結果、蓄積容量３ｃ２の電圧の理想値からのずれを抑制できる。

このように、読み出し回路４に、積分期間の開始前または積分期間中のある期間、画素回路３−１〜３−４からの画素値の読み出しを停止させることで、読み出された画素値を増幅する増幅回路５の発熱量の変動がセンサ３ａに与える影響を抑制できる。このため、蓄積容量３ｃ２の電圧値の理想値からのずれを抑制でき、増幅回路５の発熱量の変動が、次のフレームで読み出される画素値に与える影響を低減でき、画面のチラつきを抑制できる。

ところで、積分開始時と終了時における素子温度の変動は、半導体集積回路２の出力電圧の雑音に反映され易い。そこで、積分開始前のあるタイミングから積分開始タイミングまでの期間と、積分期間中のあるタイミングから積分終了タイミングまでの期間において、読み出し回路４による画素値の読み出しを停止させることも望ましい。

図７は、読み出し停止期間を２箇所設けた場合の素子温度の変動と、素子電流及び蓄積容量の電圧の一例を示す図である。同一時間軸上での素子温度、素子電流、蓄積容量３ｃ２の電圧の変化の例が示されている。図７の例では、積分期間（タイミングｔ２１〜ｔ２３）の開始直前のタイミングｔ２０〜ｔ２１の期間と、積分期間の終了直前のタイミングｔ２２〜ｔ２３の期間を読み出し停止期間としている。

このようなタイミングに読み出し停止期間を設けることで、前述したような１つの期間の読み出し停止期間を設けるよりも、さらに積分期間での素子温度の設定温度に対する変動を抑えられる。そのため、図７に示されているように、積分期間での素子電流をより理想値に近づけることができ、その結果、蓄積容量３ｃ２の電圧の理想値からのずれを大幅に抑制できる。

図５〜図７に示した読み出し停止期間は、制御信号生成回路６が、読み出し回路４の動作を一定期間停止させることで生じる。制御信号生成回路６は、積分部３ｃにおける電流の積分期間の開始前または積分期間中に、読み出し回路４の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成し、読み出し回路４に供給する。

図８は、読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号の一例を示す図である。
同一時間軸上での増幅回路５からの出力波形、制御信号生成回路６から出力される水平クロック（制御信号）、入力トランジスタ３ｂのゲート電圧の様子が示されている。

出力波形において、幅の広いパルスは垂直ブランキング期間を示し、幅の狭いパルスは水平ブランキング期間を示している。２つの垂直ブランキング期間の間が１フレームの画素値の読み出し期間である。また、次のフレームで読み出されるための画素値を決定するための積分期間は、入力トランジスタ３ｂのゲート電圧がＨレベルの期間（タイミングｔ３１〜ｔ３３）である。

制御信号生成回路６は、パルス生成回路１１から水平シフトレジスタ４ｂを駆動するための水平クロックを受信すると、図８に示すように、たとえば、積分期間の直前のタイミングｔ３０〜ｔ３１の期間は、水平クロックを出力しない。また、制御信号生成回路６は、積分期間の終了直前のタイミングｔ３２〜ｔ３３の期間は、水平クロックを出力しない。これにより、パルス生成回路１１から出力される水平クロックにかかわらず、水平シフトレジスタ４ｂが停止し、図７に示したような読み出し停止期間が発生する。

水平シフトレジスタ４ｂが停止すると、図８のタイミングｔ３０〜ｔ３１及びタイミングｔ３２〜ｔ３３の期間のように、増幅回路５の出力波形では水平ブランキング期間が長くなったようなパルスが現れる。この期間は出力値が一定となっているため、増幅回路５の発熱量は変動せず、前述のように、積分期間での素子温度の変動が抑制される。

次に、図８に示したような制御信号を生成する制御信号生成回路６の一例を示す。
図９は、制御信号生成回路の一例を示す図である。
制御信号生成回路６は、遅延回路３０、ＸＯＲ回路３１、インバータ回路３２、ＡＮＤ回路３３を有している。

遅延回路３０は、画素回路３−１〜３−４に素子電流の積分を行わせるための積分信号をパルス生成回路１１から受信し、それを遅延する。遅延された積分信号は、ＸＯＲ回路３１と画素回路３−１〜３−４の入力トランジスタ３ｂのゲートに供給される。

ＸＯＲ回路３１は、積分信号と遅延回路３０により遅延された積分信号とを受信し、両者の排他的論理和を出力する。
インバータ回路３２は、ＸＯＲ回路３１の出力信号の信号レベルを反転する。

ＡＮＤ回路３３は、パルス生成回路１１から水平クロックを受信するとともに、インバータ回路３２の出力信号を受信して、両者の論理積を出力する。ＡＮＤ回路３３の出力端子は水平シフトレジスタ４ｂに接続されており、水平クロックとインバータ回路３２の出力信号の論理積に基づいた制御信号が水平シフトレジスタ４ｂに供給される。

なお、遅延回路３０で発生する遅延時間は、画素値の読み出し時の増幅回路５を含む発熱要素の発熱変動によるセンサ３ａの温度変動の大きさをもとに、読み出し回路４の動作停止時に、冷却部１４がセンサ３ａを設定温度にする時間に応じて設定されている。

たとえば、前述した図５の例では、タイミングｔ５で読み出し回路４の動作を停止すると、タイミングｔ６で、素子温度が設定温度になる。そのため、タイミングｔ５〜ｔ６の時間が、読み出し回路４の動作停止時に、冷却部１４がセンサ３ａを設定温度にする時間となる。また、前述した図６の例では、タイミングｔ９で読み出し回路４の動作を停止すると、タイミングｔ１０で、素子温度が設定温度になる。そのため、タイミングｔ９〜ｔ１０の時間が、読み出し回路４の動作停止時に、冷却部１４がセンサ３ａを設定温度にする時間となる。

冷却部１４がセンサ３ａを設定温度にする時間は、センサ３ａを含む冷却対象の熱容量と、冷却部１４の性能と、設定温度に対するセンサ３ａの温度変動の大きさに応じて算出される。

たとえば、図２に示したように、冷却部１４では、コールドシールド２４と半導体集積回路２が載っているステム２２の温度は、温度センサ２５とヒータ２６が温度調整器２７の制御のもと調整される。冷却対象の、半導体集積回路２、ステム２２、コールドシールド２４、温度センサ、ヒータ２６の熱容量の和をＡ（Ｊ／Ｋ）、ヒータ２６または冷凍機２０の能力をＢ（Ｗ）とする。このとき半導体集積回路２の温度をＣ（Ｋ）温める（あるいは冷やす）ためにかかる時間Ｔは、Ｔ＝Ａ×Ｃ／Ｂ（ｓｅｃ）である。

したがって、遅延時間は、半導体集積回路２の発熱の変動量から、冷却部１４の設定値に対する素子温度の変動幅を見積もり、それを上式の“Ｃ”として適用し、上式を演算することで、その概算値が得られる。

なお、発熱要素は、増幅回路５が主なものだが（発熱量が大きい）、他には、たとえば、画素回路３−１〜３−４内のトランジスタ３ｅ，３ｆによる部分などがある。
図１０は、制御信号生成回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。

上から、パルス生成回路１１から出力される積分信号、遅延回路３０、ＸＯＲ回路３１及びインバータ回路３２の出力信号、パルス生成回路１１から出力される水平クロック、制御信号（ＡＮＤ回路３３の出力信号）が示されている。

タイミングｔ４０までは、積分信号、遅延回路３０及びＸＯＲ回路３１の出力信号はＬ（Low）レベル、インバータ回路３２の出力信号はＨレベルであるとする。そのため、ＡＮＤ回路３３から出力される制御信号は、水平クロックとなっている。

タイミングｔ４０で、パルス生成回路１１から供給される積分信号がＨレベルになると、ＸＯＲ回路３１の出力信号がＨレベルになり、インバータ回路３２の出力信号がＬレベルになる。これにより、ＡＮＤ回路３３から出力される制御信号はＬレベルとなり、水平シフトレジスタ４ｂへの水平クロックの供給が停止され、読み出し回路４による画素値の読み出しが停止される。

遅延回路３０の出力信号は、タイミングｔ４０から前述した遅延時間だけ遅れたタイミングｔ４１でＨレベルになると、ＸＯＲ回路３１の出力信号がＬレベルになり、インバータ回路３２の出力信号がＨレベルになる。これにより、ＡＮＤ回路３３から出力される制御信号は水平クロックとなり、水平シフトレジスタ４ｂは動作を開始し、読み出し回路４による画素値の読み出しが再開される。

タイミングｔ４２にて積分信号がＬレベルになると、ＸＯＲ回路３１の出力信号がＨレベルになり、インバータ回路３２の出力信号がＬレベルになる。これにより、ＡＮＤ回路３３から出力される制御信号はＬレベルとなり、水平シフトレジスタ４ｂへの水平クロックの供給が停止され、読み出し回路４による画素値の読み出しが再度停止される。

遅延回路３０の出力信号は、タイミングｔ４２から前述した遅延時間だけ遅れたタイミングｔ４３でＨレベルになると、ＸＯＲ回路３１の出力信号がＬレベルになり、インバータ回路３２の出力信号がＨレベルになる。これにより、ＡＮＤ回路３３から出力される制御信号は水平クロックとなり、水平シフトレジスタ４ｂは動作を開始し、読み出し回路４による画素値の読み出しが再開される。

図９に示したような制御信号生成回路６では、遅延回路３０の出力信号が入力トランジスタ３ｂのゲートに供給され、その出力信号がＨレベルの期間が積分期間となる。図１０のタイミングチャートの例では、タイミングｔ４１〜ｔ４３の間が積分期間となり、積分期間の開始前のタイミングｔ４０〜ｔ４１、積分期間終了前のタイミングｔ４２〜ｔ４３が、画素値の読み出し停止期間となる。

なお、図８、図９の例では、水平シフトレジスタを動作させる信号のうち水平クロックをもとに、制御信号を生成する制御信号生成回路６の例を示したが、これに限定されない。水平シフトレジスタ４ｂの図示しない直列に接続された複数段のフリップフロップ群の先頭のデータ端子に入力されるデータパルスをパルス生成回路１１から受信して、上記のような制御信号を生成することも、同様の回路で可能である。

なお、図９では、図８に示したようなタイミングで、読み出し回路４の動作停止期間を生じさせる制御信号生成回路６の例を示したが、積分期間前または積分期間中の１期間に動作停止期間を生じさせる回路も適宜回路を変更して実現できる。

以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体集積回路、赤外線撮像装置及び読み出し方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。

たとえば、上記の説明では、制御信号生成回路６は、読み出し回路４のうち、水平シフトレジスタ４ｂの動作を停止させる制御信号を生成するものとしたが、垂直シフトレジスタ４ａの動作を停止させる制御信号を生成するようにしてもよい。その場合、図８に示したようなものと同様の回路を適用できる。すなわち、制御信号生成回路６は、垂直クロックまたは垂直シフトレジスタ４ａ用のデータパルスをパルス生成回路１１から受信して、垂直シフトレジスタ４ａの動作停止期間を生じさせる制御信号を生成するようにしてもよく、同様の効果が得られる。

また、動作停止期間も、１箇所または２箇所に限定されず、１フレームの読み出しにおいて、３箇所以上設けるようにしてもよい。ただ、動作停止期間は、長くなると、読み出しに影響を与えるので、短い方が望ましい。

また、制御信号生成回路６は、半導体集積回路２内に設けなくてもよいし、パルス生成回路１１、信号処理回路１２は、半導体集積回路２内に設けるようにしてもよい。
以上説明した複数の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１） 入射赤外線の赤外線量に応じた電流を流すセンサと、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換する積分部と、変換された電圧値を保持する保持部とを備える複数の画素回路と、
前記複数の画素回路から、前記保持部に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路と、
前記複数の画素回路から読み出された画素値を増幅する増幅回路と、
前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。

（付記２） 前記読み出し回路は、シフトレジスタを有し、
前記制御信号生成回路は、前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記シフトレジスタを動作させる信号にかかわらずに、前記動作停止期間、前記シフトレジスタの動作を停止することを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。

（付記３） 前記読み出し回路は、水平シフトレジスタを有し、
前記制御信号生成回路は、前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記水平シフトレジスタを動作させる水平クロックまたは水平シフトレジスタ用のデータパルスにかかわらずに、前記動作停止期間、前記水平シフトレジスタの動作を停止することを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。

（付記４） 前記動作停止期間は、前記積分期間の開始前の第１のタイミングから前記積分期間の開始タイミングまでの期間、及び、前記積分期間中の第２のタイミングから前記積分期間の終了タイミングまでの期間であることを特徴とする付記１乃至３の何れか１つに記載の半導体集積回路。

（付記５） 入射される赤外線の赤外線量に応じた電流を流すセンサと、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換する積分部と、変換された電圧値を保持する保持部とを備える複数の画素回路と、
前記複数の画素回路から、前記保持部に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路と、
前記複数の画素回路から読み出された画素値を増幅する増幅回路と、
前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、
前記センサを冷却する冷却部と、
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。

（付記６） 前記動作停止期間は、前記複数の画素値の読み出し時における、前記増幅回路を含む発熱要素の発熱量の変動による前記センサの温度変動の大きさをもとに、前記読み出し回路の動作停止時に、前記冷却部が前記センサを設定温度にする時間に応じて設定されていることを特徴とする付記５に記載の赤外線撮像装置。

（付記７） 前記冷却部が前記センサを前記設定温度にする時間は、前記センサを含む冷却対象の熱容量と、前記冷却部の性能と、前記設定温度に対する前記温度変動の大きさに応じて算出されることを特徴とする付記６記載の赤外線撮像装置。

（付記８） センサを有する複数の画素回路に入射される赤外線の赤外線量に応じて、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換し、前記電圧値を保持し、
保持されている前記電圧値に応じた画素値を前記複数の画素回路から読み出して増幅し、
前記電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記画素値を読み出す読み出し回路の動作停止期間を有することを特徴とする読み出し方法。

１ 赤外線撮像装置
２ 半導体集積回路
３−１〜３−４ 画素回路
３ａ センサ
３ｂ 入力トランジスタ
３ｃ 積分部
３ｃ１，３ｄ１，３ｄ２，３ｅ，３ｆ，Ｔｒ１〜Ｔｒ３ トランジスタ
３ｃ２ 蓄積容量
３ｄ 保持部
３ｄ３ 容量
４ 読み出し回路
４ａ 垂直シフトレジスタ
４ｂ 水平シフトレジスタ
５ 増幅回路
６ 制御信号生成回路
７−１，７−２ 垂直信号線
８−１，８−２ 水平信号線
９ 出力線
１０ レンズ部
１１ パルス生成回路
１２ 信号処理回路
１３ 表示装置
１４ 冷却部

Claims (6)

1. 入射赤外線の赤外線量に応じた電流を流すセンサと、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換する積分部と、変換された電圧値を保持する保持部とを備える複数の画素回路と、
   前記複数の画素回路から、前記保持部に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路と、
   前記複数の画素回路から読み出された画素値を増幅する増幅回路と、
   前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、
   を有することを特徴とする半導体集積回路。
2. 前記読み出し回路は、シフトレジスタを有し、
   前記制御信号生成回路は、前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記シフトレジスタを動作させる信号にかかわらずに、前記動作停止期間、前記シフトレジスタの動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
3. 前記動作停止期間は、前記積分期間の開始前の第１のタイミングから前記積分期間の開始タイミングまでの期間、及び、前記積分期間中の第２のタイミングから前記積分期間の終了タイミングまでの期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体集積回路。
4. 入射される赤外線の赤外線量に応じた電流を流すセンサと、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換する積分部と、変換された電圧値を保持する保持部とを備える複数の画素回路と、
   前記複数の画素回路から、前記保持部に保持されている電圧値に応じた画素値を読み出す読み出し回路と、
   前記複数の画素回路から読み出された画素値を増幅する増幅回路と、
   前記積分部における電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記読み出し回路の動作停止期間を生じさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、
   前記センサを冷却する冷却部と、
   を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
5. 前記動作停止期間は、前記複数の画素値の読み出し時における、前記増幅回路を含む発熱要素の発熱量の変動による前記センサの温度変動の大きさをもとに、前記読み出し回路の動作停止時に、前記冷却部が前記センサを設定温度にする時間に応じて設定されていることを特徴とする請求項４に記載の赤外線撮像装置。
6. センサを有する複数の画素回路に入射される赤外線の赤外線量に応じて、前記センサに流れる電流を積分して電圧値に変換し、前記電圧値を保持し、
   保持されている前記電圧値に応じた画素値を前記複数の画素回路から読み出して増幅し、
   前記電流の積分期間の開始前または積分期間中に、前記画素値を読み出す読み出し回路の動作停止期間を有することを特徴とする読み出し方法。

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