JP2970586B2

JP2970586B2 - 撮像装置

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Publication number: JP2970586B2
Application number: JP9107650A
Authority: JP
Inventors: 勉遠藤
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: JPH10304251A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子のＦ
ＰＮ（固定パターンノイズ）補正回路を有する撮像装置
に関し、特にボロメータ等の抵抗ばらつきによって生じ
る電流のばらつきを相殺するＦＰＮ補正回路を有するボ
ロメータ型赤外線撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に固体撮像素子には、各画素の検出
器の特性のばらつきのために、ＦＰＮ（固定パターンノ
イズ）と称される出力のばらつきが存在し、撮像装置で
は、画質を改善するために画像信号に含まれるＦＰＮを
除去する必要がある。特に赤外線撮像装置において、こ
の画像信号に含まれるＦＰＮは回路Ｄレンジの妨げにな
り、読み出し回路でのゲインを十分にとることができな
い。

【０００３】従来、この種の赤外線撮像装置では、例え
ば、特願平０８−１２２１６３号に示されるように、固
体撮像素子であるボロメータ型赤外線センサのＦＰＮの
主原因は各画素の検出器の抵抗値のばらつきであり、そ
の抵抗値のばらつく各画素の検出器に定電圧を印加して
電流を流すことによって、出力電圧にＦＰＮが生じてお
り、画質を改善するためには画像信号に含まれるこのＦ
ＰＮを除去する必要がある。

【０００４】図８は、従来の赤外線撮像装置の一例を示
す回路図である。図中符号８０１は固体撮像素子である
ボロメータ型赤外線センサ、８０２はトランジスタ、８
０３はバイアス電圧、８０４は積分コンデンサ、８０５
はトランジスタ、８０６はバイアス電圧、８０７は抵
抗、８０８はリセツトスイッチ、８０９はリセツト電
圧、８１０はトランジスタ、８１１、８１２は抵抗、８
１３は増幅器、８１４はクランプ回路、８１５はＡ／Ｄ
変換器、８１６は積算回路、８１７はメモリ、８１８は
アベレージング回路、８１９はＤ／Ａ変換器、８２０は
増幅器、８２１はコンデンサ、Ｉ８０１は放電電流、Ｉ
８０２はバイアス電流、Ｉ８０３はセンサ電流である。

【０００５】ボロメータ型赤外線センサ８０１はトラン
ジスタ８０２のエミッタに接続されており、センサ電流
Ｉ８０３が流れる。このセンサ電流Ｉ８０３は、積分コ
ンデンサ８０４からの放電電流Ｉ８０１とトランジスタ
８０５、バイアス電圧８０６、抵抗８０７から構成され
る定電流回路により与えられるバイアス電流Ｉ８０２と
から合成される。積分コンデンサ８０４の電位は、リセ
ットスイッチ８０８により１画素周期毎のリセット期間
にリセット電圧８０９の電位にリセットされる。抵抗８
１１、抵抗８１２、トランジスタ８１０はＦＥＴで構成
されるソースフォロワ回路であり、積分コンデンサ８０
４の電位変化を出力する。

【０００６】ボロメータ型赤外線センサ８０１の個々の
検出器の抵抗値Ｒ_B がばらついていると、積分コンデン
サ８０４からの放電電流Ｉ８０１が各画素により異なる
ため、積分コンデンサ８０４の電位変化がばらつき、Ｆ
ＰＮが生じる。このＦＰＮを含むソースフォロワ回路出
力は増幅器８１３、クランプ回路８１４を経て、Ａ／Ｄ
変換器８１５によりデジタル変換され、積算回路８１６
により数十フレームの信号を積算し、メモリ８１７に取
り込む。メモリ８１７に取り込まれたデータは、アベレ
ージング回路８１８により平均化を行う。アベレージン
グ回路８１８の出力をＤ／Ａ変換器８１９によりアナロ
グ信号に変換し、増幅器８２０でフイードバックループ
のゲインを調整し、コンデンサ８２１を介し、バイアス
電圧８０３に付加し、フイードバック制御を行う。この
ように従来は、ボロメータ型赤外線センサ８０１の抵抗
値ＲＢのばらつきに応じ、バイアス電圧８０３を変化さ
せ、ボロメータに流れる電流値を一定とし、ＦＰＮを除
去している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のＦ
ＰＮ補正回路では、ボロメータに流れる電流を制御する
電圧にＦＰＮ補正信号をフイードバックしている。ＦＰ
Ｎ補正信号に含まれるＤ／Ａ変換器の出力ノイズ等の回
路ノイズをボロメータのジョンソンノイズ等の微少なセ
ンサノイズに対し十分に小さくすることは困難であり、
そのため読み出し回路の出力がノイズで劣化する恐れが
ある。

【０００８】本発明の目的は、小さい回路規模で、ＦＰ
Ｎ補正回路の回路ノイズによる読み出し回路の出力のノ
イズ劣化を防ぐことのできる撮像装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、検
出器が所定の配置で配列された固体撮像素子と、固体撮
像素子の出力を読み出す手段と、検出器のそれぞれに対
応させた固体撮像素子の出力のばらつき量を記録し、記
録されているばらつき量をそれぞれの検出器に対応させ
て出力する手段と、該出力を入力し電流源回路の負荷抵
抗を切り換えることにより電流値を変化させ、固体撮像
素子の出力を読み出す手段に補正値として出力する出力
補正手段とを備えている。

【００１０】出力補正手段が、固体撮像素子の信号のバ
イアス電流成分および固体撮像素子の信号のバイアス電
流成分のばらつきを同時に相殺するバイアス電流相殺回
路であってもよく、固体撮像素子の信号のバイアス電流
成分をキャンセルする定電流回路と固体撮像素子の信号
のバイアス電流成分のばらつきを相殺するバイアス電流
相殺回路との組合せであってもよい。

【００１１】バイアス電流相殺回路は、２進化の重み付
けをもつ抵抗群およびスイッチ群で構成されてもよく、
Ｒ−２Ｒラダー抵抗網およびスイッチ群で構成されても
よい。

【００１２】また、撮像装置は赤外線撮像装置であって
もよい。

【００１３】本発明を用いたボロメータ型赤外線センサ
のＦＰＮ補正回路は、ボロメータに流れる全電流中の信
号電流分を除くバイアス電流を相殺するバイアス電流相
殺回路を具備し、ボロメータの抵抗ばらつきによって生
じる電流のばらつきを、ボロメータの抵抗ばらつき量に
応じて生成されたＦＰＮ補正信号により、画素毎にバイ
アス電流相殺回路のバイアス電流量を決定する負荷抵抗
を変化させ、バイアス電流量を制御することによりＦＰ
Ｎ補正を行う。

【００１４】この補正方式では、デジタルデータである
ＦＰＮ補正信号により、バイアス電流相殺回路の負荷抵
抗をスイッチで切り換えＦＰＮ補正を行うことができる
ので、ノイズ劣化の恐れはない。また、バイアス電流相
殺回路にＤ／Ａ変換機能を持たせているため、従来例の
ような読み出し回路とは別に設けられたＤ／Ａ変換器な
どの回路構成は不要になり、回路規模も縮小される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態のボロメータ型赤外線撮像装置の赤外線センサの
ＦＰＮ補正回路を備えた読み出し回路の回路図である。
図中符号１０１はボロメータ型赤外線センサ、１０２は
トランジスタ、１０３はバイアス電圧、１０４はトラン
ジスタ、１０５はバイアス電圧、１０６は抵抗群、１０
７はスイッチ群、１０８は出力デジタルデータ、１０９
はＦＰＮ補正メモリ、１１０はリセツトパルス、１１１
はリセツトスイッチ、１１２はリセット電圧、１１３は
積分コンデンサ、１１４はＦＥＴ、１１５は抵抗、１１
６は読み出し回路出力、１０００はバイアス電流相殺回
路、１００００は読み出し回路、Ｉ１０１は放電電流、
Ｉ１０２はバイアス電流、Ｉ１０３はセンサ電流であ
る。

【００１６】図１を参照すると、本発明の撮像装置の読
み出し回路１００００において、積分コンデンサ１１３
は、リセツトパルス１１０およびリセツトスイッチ１１
１によりリセット電圧１１２の電位にリセットされる。
ボロメータ型赤外線センサ１０１には、トランジスタ１
０２、バイアス電圧１０３により、〔（バイアス電圧１
０３−トランジスタ１０２のベース・エミッタ間電圧）
／センサの抵抗値Ｒ_B〕のセンサ電流Ｉ１０３が流れ
る。このセンサ電流は、トランジスタ１０４、バイアス
電圧１０５、抵抗群１０６、スイッチ群１０７から構成
されるバイアス電流相殺回路１０００により与えられる
バイアス電流Ｉ１０２と積分コンデンサ１１３からの放
電電流Ｉ１０１から構成されており、次式のように表す
ことができる。

【００１７】Ｉ１０３＝Ｉ１０１＋Ｉ１０２（１）Ｉ１０１：積分コンデンサ１１３からの放電電流Ｉ１０２：バイアス電流相殺回路１０００からのバイア
ス電流Ｉ１０３：ボロメータ型赤外線センサ１０１に流れるセ
ンサ電流ＦＥＴ１１４、抵抗１１５で構成されるソースフォロワ
回路は、積分コンデンサ１１３の電位変化を出力する。

【００１８】次に、図１の回路動作について、図面を参
照して説明する。図２は、第１の実施の形態の動作を示
す波形図であり、（ａ）は読み出し回路出力、（ｂ）は
ボロメータ型赤外線センサのクロック、（ｃ）はリセッ
トパルス、（ｄ）はＦＰＮ補正メモリの出力デジタルデ
ータである。図３はボロメータ型赤外線センサの一例を
示す構成図であり、図中符号３０１は水平シフトレジス
タ、３０２は垂直シフトレジスタ、３０３は水平ＡＮ
Ｄ、３０４は垂直ＡＮＤ、３０５は水平スイッチ、３０
６は垂直スイッチ、３０７は水平信号線、３０８は垂直
信号線、３０９は共通ソースライン、３１０はボロメー
タ、３１１はセンサ出力である。

【００１９】図２（ｃ）のリセツトパルス１１０のＯＮ
期間に、図２（ｂ）のボロメータ型赤外線センサ１０１
のクロツクで画素の切り換えを行う。ここで、ボロメー
タ型赤外線センサ１０１は、図３のように構成され、水
平シフトレジスタ３０１、垂直シフトレジスタ３０２、
水平スイッチ３０５、垂直スイッチ３０６により各画素
が順次選択される。図２（ａ）の読み出し回路出力１１
６の波形図は、積分コンデンサ１１３の電位変化を示
し、リセツトパルス１１０のＯＮ期間に積分コンデンサ
１１３の電位はリセット電圧１１２の電位にリセットさ
れ、リセットパルス１１０がＯＦＦ期間には、積分コン
デンサ１１３からの放電電流Ｉ１０１とバイアス電流相
殺回路１０００により与えられるバイアス電流Ｉ１０２
とがボロメータ型赤外線センサ１０１に流れる。

【００２０】ここで、読み出し回路出力１１６の出力電
圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖ_R −（Ｉ１０１・ｔ／Ｃ１）（２）Ｖ_R ：リセット電圧１１２Ｉ１０１：積分コンデンサ１１３の放電電流ｔ：積分時間（リセットスイッチ１１１のＯＦＦ期間）Ｃ１：積分コンデンサ１１３の容量で表され、バイアス電圧１０３が一定、バイアス電圧１
０５、抵抗群１０６、スイツチ群１０７がある一定の条
件および状態（即ちバイアス電流Ｉ１０２が一定）のも
とでは、センサの各検出器の抵抗値Ｒ_B がばらついてい
ると、積分コンデンサ１１３の放電電流Ｉ１０１が各検
出器で異なるため、読み出し回路出力１１６の出力電圧
Ｖ１もばらつき、ＦＰＮが発生し、回路Ｄレンジの妨げ
となる。

【００２１】よって、本発明は、センサの各検出器の抵
抗値Ｒ_B がばらついていても、積分コンデンサ１１３の
放電電流Ｉ１０１が一定になるように、個々の検出器に
対応したセンサの抵抗ばらつきのデータを記憶するＦＰ
Ｎ補正メモリ１０９からの選択された各画素に対応した
出力デジタルデータ１０８で、バイアス電流相殺回路１
０００のスイッチ群１０７を操作し、抵抗群１０６を切
り換え、選択された各画素に対応した抵抗を選択するこ
とにより、センサの抵抗値Ｒ_B の、ばらつきに応じ、バ
イアス電流Ｉ１０２を変化させる。

【００２２】第１の実施の形態では、ＦＰＮ補正メモリ
１０９の出力デジタルデータ１０８が４ｂｉｔの場合を
一例として示しており、そのため抵抗群１０６、スイッ
チ群１０７も４ｂｉｔ分で示している。

【００２３】実際のＦＰＮ補正メモリ１０９の出力デジ
タルデータ１０８およびバイアス電流相殺回路１０００
のｂｉｔ数は、ｂｉｔ数をｎ、ＦＰＮの分解能をＸとす
ると以下の式より決定される。

【００２４】ｎ＝ｌｏｇＸ／ｌｏｇ２（３．１）Ｘ＝（△Ｒ・Ｖｅ・ｔ）／（ＤＲ・Ｃ１・Ｒ_B ）（３．２） △Ｒ：センサの抵抗値Ｒ_B に対するばらつきの割合Ｖｅ：トランジスタ１０２のエミッタ電圧ｔ：積分時間（リセットスイッチ１１１のＯＦＦ期間）ＤＲ：読み出し回路のＤレンジＣ１：積分コンデンサ１１３の容量Ｒ_B ：センサの抵抗値例えば、△Ｒ＝１０％、Ｖｅ＝３Ｖ、ｔ＝６０μｓ、Ｄ
Ｒ＝２Ｖ、Ｃ１＝２０ｐＦ、Ｒ_B ＝３ｋΩの時、ｂｉｔ
数ｎは、７．２８８…となり、８ｂｉｔ以上が必要とな
る。

【００２５】このバイアス電流相殺回路１０００を用い
たＦＰＮ補正動作について、図面を参照して説明する。
図４は本発明の第１の実施の形態のバイアス電流相殺回
路および周辺回路の詳細回路図である。図中符号４０１
はボロメータ型赤外線センサ、４０２はトランジスタ、
４０３はバイアス電圧、４０４はトランジスタ、４０５
はバイアス電圧、４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、４０
６ｄは抵抗、４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ、４０７ｄ
はスイッチ、４０８は出力デジタルデータ、４０９はＦ
ＰＮ補正メモリ、４０００はバイアス電流相殺回路、４
０６０は抵抗群、４０７０はスイッチ群、Ｉ４０１は放
電電流、Ｉ４０２はバイアス電流、Ｉ４０３はセンサ電
流である。

【００２６】抵抗群４０６０は、抵抗４０６ａ、抵抗４
０６ｂ、抵抗４０６ｃ、抵抗４０６ｄで構成され、それ
らの抵抗値は、抵抗４０６ａの抵抗値をＲとすると、抵
抗４０６ｂが２Ｒ、抵抗４０６ｃが４Ｒ、抵抗４０６ｄ
が８Ｒのように２進化の重み付けがされている。また、
スイッチ群４０７０は、スイッチ４０７ａ、スイッチ４
０７ｂ、スイッチ４０７ｃ、スイッチ４０７ｄで構成さ
れ、順に抵抗４０６ａ、抵抗４０６ｂ、抵抗４０６ｃ、
抵抗４０６ｄに接続されている。各スイッチのＯＮ／Ｏ
ＦＦを切り換えるパルスは、ＦＰＮ補正メモリ４０９の
出力デジタルデータ４０８であり、出力デジタルデータ
４０８のＭＳＢのデータ線がスイッチ４０７ａに、ＭＳ
Ｂ−１のデータ線がスイッチ４０７ｂに，ＭＳＢ−２の
データ線がスイッチ４０７ｃに、ＬＳＢのデータ線がス
イッチ４０７ｃに接続されている。このように構成する
ことで、トランジスタ４０４に接続される負荷抵抗値が
各検出器によるセンサの抵抗ばらつきのデータをもつＦ
ＰＮ補正メモリ４０９の出力デジタルデータ４０８によ
り変化し、Ｖ_DDとトランジスタ４０４のエミッタ間電圧
とで与えられる電圧から発生するバイアス電流Ｉ４０２
が変化する。

【００２７】ここで、バイアス電流相殺回路４０００の
具体的な動作を考えてみる。Ｖ_DDとトランジスタ４０４
のエミッタ間の電圧をＶ２とする。抵抗群４０６０を構
成する抵抗４０６ａ，４０６ｂ、４０６ｃ、４０６ｄ
が、２進化の重み付けがされていることから、例えばＦ
ＰＮ補正メモリ４０９の出力デジタルデータ４０８のＭ
ＳＢ相当のデータのみが有効（スイッチ４０７ａのみ導
通状態）である場合は、バイアス電流Ｉ４０２は、（Ｖ
２／Ｒ）の電流が流れる。また、ＦＰＮ補正メモリ４０
９の出力デジタルデータ４０８のＬＳＢ相当のデータの
みが有効（スイッチ４０７ｄのみ導通状態）である場合
は、バイアス電流Ｉ４０２は、（Ｖ２／８Ｒ）の電流が
流れる。さらに、ＦＰＮ補正メモリ４０９の出力デジタ
ルデータ４０８の全てのｂｉｔが有効（スイッチ群４０
７０全てが導通状態）である場合は、バイアス電流Ｉ４
０２は、（１５Ｖ２／８Ｒ）の電流が流れる。このよう
に、ＦＰＮ補正メモリ４０９の出力デジタルデータ４０
８の状態により、バイアス電流Ｉ４０２を制御でき、例
えば、ＭＳＢ相当のバイアス電流Ｉ４０２をボロメータ
型赤外線センサ４０１の抵抗値Ｒ_B の平均値の時に流す
バイアス電流値に設定しておけば、ＦＰＮ補正メモリ４
０９の出力デジタルデータ４０８により、バイアス電流
Ｉ４０２をその平均値を基準に増減させることができ
る。

【００２８】上記のことから、ばらつき電流相殺回路４
０００は、ボロメータ型赤外線センサ４０１の抵抗値Ｒ
_B のばらつきにより、ボロメータに流れるセンサ電流Ｉ
４０３が各画素で違っていても、バイアス電流Ｉ４０２
がその電流ばらつき量を相殺するように増減するので、
積分コンデンサ４１３からの放電電流Ｉ４０１は一定に
保たれる。よって、読み出し回路出力でのＦＰＮが低減
され、有効に回路Ｄレンジを活用できる。

【００２９】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施の
形態のボロメータ型赤外線撮像装置の赤外線センサのＦ
ＰＮ補正回路を備えた読み出し回路の回路図である。図
中符号５０１はボロメータ型赤外線センサ、５０２はト
ランジスタ、５０３はバイアス電圧、５０４はトランジ
スタ、５０５はバイアス電圧、５０６は抵抗群、５０７
はスイッチ群、５０８は出力デジタルデータ、５０９は
ＦＰＮ補正メモリ、５１０はリセツトパルス、５１１は
リセツトスイッチ、５１２はリセット電圧、５１３は積
分コンデンサ、５１４はＦＥＴ、５１５は抵抗、５１６
は読み出し回路出力、５１７はトランジスタ、５１８は
バイアス電圧、５１９は抵抗、５０００はバイアス電流
相殺回路、５１００は定電流源回路、５００００は読み
出し回路、Ｉ５０１は放電電流、Ｉ５０２はバイアス電
流、Ｉ５０３はセンサ電流、Ｉ５０４はバイアス電流で
ある。

【００３０】図５の第２の実施の形態を図１の第１の実
施の形態と比較すると、トランジスタ５１７、バイアス
電圧５１８、抵抗５１９から構成される定電流源回路５
１００が付加されている。このためボロメータ型赤外線
センサ５０１に流れるセンサ電流Ｉ５０３は、積分コン
デンサ５１３からの放電電流Ｉ５０１と、バイアス電流
相殺回路５０００からのバイアス電流Ｉ５０２と、定電
流源回路５１００からのバイアス電流Ｉ５０４とからな
り、次式のように表すことができる。

【００３１】Ｉ５０３＝Ｉ５０１＋Ｉ５０２＋Ｉ５０４（４）Ｉ５０１：積分コンデンサ５１３からの放電電流Ｉ５０２：バイアス電流相殺回路５０００からのバイア
ス電流Ｉ５０３：ボロメータ型赤外線センサ５０１に流れるセ
ンサ電流Ｉ５０４：定電流源回路５１００からのバイアス電流ここで、図１に示した第１の実施の形態と図５に示した
第２の実施の形態との比較を具体的数値例を用いて示
す。まず、第１の実施の形態におけるバイアス電流相殺
回路１０００およびＦＰＮ補正メモリ１０９のｂｉｔ数
を考えると、上記の式（３．１）、式（３．２）により
決定されるｂｉｔ数が必要になる。

【００３２】一方、第２の実施の形態においては、バイ
アス電流の成分としてバイアス電流相殺回路５０００か
らのバイアス電流Ｉ５０２と定電流源回路５１００から
のバイアス電流Ｉ５０４の２つがあるため、例えばボロ
メータ型赤外線センサ５０１の抵抗値Ｒ_Bのばらつき
（△Ｒ）が抵抗値Ｒ_B に対し１０％あると仮定した場
合、読み出し回路の動作条件をばらつき電流１０％を除
く９０％相当の電流を定電流源回路５１００からのバイ
アス電流Ｉ５０４を固定値として流し、ばらつき電流１
０％相当分の電流をバイアス電流相殺回路５０００から
のバイアス電流Ｉ５０２で流すように設定する。このこ
とにより、バイアス電流相殺回路５０００のＦＰＮの分
解能は、第１の実施の形態に対し１０％になり、バイア
ス電流相殺回路５０００およびＦＰＮ補正メモリ５０９
のｂｉｔ数もそれに応じて減らすことができる。

【００３３】上記のように、図５の第２の実施の形態で
示す定電流源回路５１００を付加することにより、バイ
アス電流相殺回路５０００およびＦＰＮ補正メモリ５０
９のｂｉｔ数を減らすことができる。しかし、バイアス
電流相殺回路５０００および定電流源回路５１００を読
み出し回路に用いると、バイアス電流相殺回路５０００
の負荷抵抗および定電流源回路５１００の負荷抵抗のジ
ョンソンノイズが、ボロメータ型赤外線センサ５０１の
ボロメータのジョンソンノイズに対し（ボロメータ抵抗
値／負荷抵抗値）^1/2 倍で付加されるため、バイアス電
流相殺回路５０００および定電流源回路５１００の負荷
抵抗値は、ボロメータ抵抗値に対し大きくすることが望
ましい。

【００３４】第１、第２の実施の形態で示したバイアス
電流相殺回路１０００、５０００でｂｉｔ数が増えたと
きには、抵抗群１０７，５０７を構成する抵抗値の広が
りが２進化の重み付けにより非常に大きくなる。例え
ば、８ｂｉｔの時には、ＬＳＢの抵抗値は、ＭＳＢの抵
抗値の１２８倍にもなる．この抵抗値の広がりをチップ
上で生成しようとすると、薄膜抵抗の場合にトリミング
なしで十分な精度を得ることは難しく、またチップ面積
の制限等から実現が困難な場合もある。

【００３５】そこで、２進化重み抵抗の広い範囲の値を
持つ構成部品を排除するように修正した抵抗の構成が、
Ｄ／Ａ変換器でよく用いられているＲ−２Ｒラダー回路
であり、図１に示した第１の実施の形態でのバイアス電
流相殺回路１０００と図５に示した第２の実施の形態で
のバイアス電流相殺回路５０００は、図６に示すように
Ｒ−２Ｒラダー回路の原理を用いた回路構成でも実現で
きる。図６を参照して本発明の第３の実施の形態につい
て説明する。

【００３６】図６は本発明の第３の実施の形態の撮像装
置に用いられるバイアス電流相殺回路の詳細回路図であ
り、図中符号６０４はトランジスタ、６０５はバイアス
電圧、６０６はＲ−２Ｒラダー抵抗網、６０７はスイッ
チ群、６０８は出力デジタルデータ、６０９はＦＰＮ補
正メモリ、６２０はトランジスタ、６２１はバイアス電
圧、６０００はバイアス電流相殺回路、Ｉ６０２はバイ
アス電流である。

【００３７】図６を参照すると、Ｒ−２Ｒラダー抵抗網
６０６、スイッチ群６０７、トランジスタ６０４、バイ
アス電圧６０５、トランジスタ６２０、バイアス電圧６
２１により、バイアス電流相殺回路６０００は構成され
る。また、Ｒ−２Ｒラダー抵抗網６０６を構成する抵抗
は、抵抗値がＲおよび２Ｒであるものが使用され、２Ｒ
の抵抗値は、Ｒの抵抗値を持つ抵抗を２個直列に接続す
ることで実現できることから、Ｒ−２Ｒラダー抵抗網６
０６は、Ｒの抵抗値を持つ１種類の抵抗で構成できる。
よって、Ｒ−２Ｒラダー抵抗網６０６を生成すること
は、簡単でかつ精度良く実現できる。

【００３８】次に具体的動作を考えると、バイアス電流
Ｉ６０２は、Ｖ_DDとトランジスタ６０４のエミッタ電圧
間の電圧をＶ３とすると、ＦＰＮ補正メモリ６０９の出
力デジタルデータ６０８により、ＭＳＢのデータ線で
（Ｖ３／２Ｒ）、ＭＳＢ−１のデータ線で（Ｖ３／４
Ｒ）、ＭＳＢ−２のデータ線で（Ｖ３／８Ｒ）、ＬＳＢ
のデータ線で（Ｖ３／１６Ｒ）の各電流が流れ、バイア
ス電流Ｉ６０２は個々のビットの電流の和が流れる。こ
こで、トランジスタ６２０，バイアス電圧６２１は、ト
ランジスタ６０４、バイアス電圧６０５と同一の部品お
よび電圧値で構成し、Ｒ−２Ｒラダー回路の動作原理
（各回路網の枝路電流は２進化重み付けの関係がある）
により、トランジスタ６０４のエミッタ電圧とトランジ
スタ６２０のエミッタ電圧が同一電圧になるようにして
いる。

【００３９】また、第１、第２および第３の実施の形態
で示した読み出し回路を用い、図７に示すようにオンチ
ツプ構成することもできる。図７は本発明の第４の実施
の形態の撮像装置の部分回路図であり、図中符号７０１
はボロメータ、７０２は垂直スイッチ、７０３は信号読
み出し線、７０４は垂直ＡＮＤ、７０５は垂直シフトレ
ジスタ、７０６は読み出し回路、７０７はＡ／Ｄ変換
器、７０８はマルチプレクサ、７０９はセンサ出力であ
る。

【００４０】図面を参照して第４の実施の形態を説明す
る。ボロメータ７０１は、垂直スイッチ７０２に接続さ
れ、垂直シフトレジスタ７０５の出力パルスにより水平
ライン毎に順次選択される。信号読み出し線７０３は、
垂直ライン毎に設けられた読み出し回路７０６に接続さ
れ、ボロメータ７０１を一つの水平ラインに対して、一
水平期間中、同時に読み出すことができる。ここで読み
出し回路７０６は、第１の実施の形態の図１に示した読
み出し回路１００００および第２の実施の形態の図５に
示した読み出し回路５００００により構成される。各々
の読み出し回路７０６の出力をＡ／Ｄ変換器７０７によ
りデジタル信号に変換し、マルチプレクサ７０８はその
デジタル信号を順次出力する。この構成により、センサ
出力７０９はＡ／Ｄ変換器７０７のｂｉｔ数のデジタル
データのみになり、センサのスマート化および外部回路
の削減ができることから、撮像装置の負担軽減につなが
る。

【００４１】上記において、特にボロメータ型赤外線撮
像装置について主に述ベてきたが、本発明による撮像装
置は、撮像装置全般において有効に機能する。例えば検
出器にＰＮ接合を用いた１次元または２次元のセンサに
おいて、入射光量に応じた信号に、直列に抵抗が接続さ
れる成分（配線抵抗等）により、センサの出力信号にば
らつきが生じる場合などにも、本発明の撮像装置は適用
できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の効果
は、ノイズ劣化の恐れがないということである。その理
由は、従来のＦＰＮ補正回路では、ボロメータに流れる
電流を制御する電圧にＦＰＮ補正信号をフイードバック
するため、それを構成する回路ノイズ（Ｄ／Ａ変換器の
出力ノイズ等）を、ボロメータのジョンソンノイズ等の
微少なセンサノイズに対し十分に小さくすることは困難
であり、ノイズ劣化の恐れがあったのに対し、本発明で
は、デジタルデータであるＦＰＮ補正信号により、バイ
アス電流相殺回路の負荷抵抗をスイッチで切り換えてＦ
ＰＮ補正を行うため、ノイズ劣化の恐れはない。

【００４３】第２の効果は、回路規模を縮小できるとい
うことである。その理由は、バイアス電流相殺回路にＤ
／Ａ変換機能を持たせているため、読み出し回路とは別
にＤ／Ａ変換器などの回路構成は不要になり、回路規模
の縮小ができるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のボロメータ型赤外
線撮像装置の赤外線センサのＦＰＮ補正回路を備えた読
み出し回路の回路図である。

【図２】第１の実施の形態の動作を示す波形図である。
（ａ）は読み出し回路出力である。（ｂ）はボロメータ
型赤外線センサのクロックである。（ｃ）はリセットパ
ルスである。（ｄ）はＦＰＮ補正メモリの出力デジタル
データである。

【図３】ボロメータ型赤外線センサの一例を示す構成図
である。

【図４】本発明の第１の実施の形態のバイアス電流相殺
回路および周辺回路の詳細回路図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態のボロメータ型赤外
線撮像装置の赤外線センサのＦＰＮ補正回路を備えた読
み出し回路の回路図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の撮像装置に用いら
れるバイアス電流相殺回路の詳細回路図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態の撮像装置の部分回
路図である。

【図８】従来の赤外線撮像装置の一例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１０１、４０１、５０１、８０１ボロメータ型赤外
線センサ１０２、４０２、５０２、８０２トランジスタ１０３、４０３、５０３バイアス電圧１０４、４０４、５０４、６０４トランジスタ１０５、４０５、５０５、６０５バイアス電圧１０６、５０６抵抗群１０７、５０７、６０７スイッチ群１０８、４０８、５０８、６０８出力デジタルデー
タ１０９、４０９、５０９、６０９ＦＰＮ補正メモリ１１０、５１０リセツトパルス１１１、５１１リセツトスイッチ１１２、５１２リセット電圧１１３、５１３積分コンデンサ１１４、５１４ＦＥＴ１１５、５１５抵抗１１６、５１６読み出し回路出力３０１水平シフトレジスタ３０２垂直シフトレジスタ３０３水平ＡＮＤ３０４垂直ＡＮＤ３０５水平スイッチ３０６垂直スイッチ３０７水平信号線３０８垂直信号線３０９共通ソースライン３１０ボロメータ３１１センサ出力４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、４０６ｄ抵抗４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ、４０７ｄスイッチ５１７トランジスタ５１８バイアス電圧５１９抵抗６０６Ｒ−２Ｒ抵抗網６２０トランジスタ６２１バイアス電圧７０１ボロメータ７０２垂直スイッチ７０３信号読み出し線７０４垂直ＡＮＤ７０５垂直シフトレジスタ７０６読み出し回路７０７Ａ／Ｄ変換器７０８マルチプレクサ７０９センサ出力８０３バイアス電圧８０４積分コンデンサ８０５トランジスタ８０６バイアス電圧８０７抵抗８０８リセツトスイッチ８０９リセツト電圧８１０トランジスタ８１１、８１２抵抗８１３増幅器８１４クランプ回路８１５Ａ／Ｄ変換器８１６積算回路８１７メモリ８１８アベレージング回路８１９Ｄ／Ａ変換器８２０増幅器８２１コンデンサ１０００、４０００、５０００、６０００バイアス
電流相殺回路４０６０抵抗群４０７０スイッチ群５１００定電流源回路１００００、５００００読み出し回路Ｉ１０１、Ｉ４０１、Ｉ５０１、Ｉ８０１放電電流Ｉ１０２、Ｉ４０２、Ｉ５０２、Ｉ６０２、Ｉ８０２
バイアス電流Ｉ１０３、Ｉ４０３、Ｉ５０３、Ｉ８０３センサ電
流Ｉ５０４バイアス電流

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検出器が所定の配置で配列された固体撮
像素子と、前記固体撮像素子の出力を読み出す手段と、
前記検出器のそれぞれに対応させた前記固体撮像子の出
力のばらつき量を記録し、記録されているばらつき量を
それぞれの前記検出器に対応させて出力する手段と、該
出力を入力し電流源回路の負荷抵抗を切り換えることに
より電流値を変化させ、前記固体撮像素子の出力を読み
出す手段に補正値として出力する出力補正手段を備え、
前記出力補正手段が、前記固体撮像素子の信号のバイア
ス電流成分および前記固体撮像素子の信号のバイアス電
流成分のばらつきを同時に相殺するバイアス電流相殺回
路であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】検出器が所定の配置で配列された固体撮
像素子と、前記固体撮像素子の出力を読み出す手段と、
前記検出器のそれぞれに対応させた前記固体撮像素子の
出力のばらつき量を記録し、記録されているばらつき量
をそれぞれの前記検出器に対応させて出力する手段と、
該出力を入力し電流源回路の負荷抵抗を切り換えること
により電流値を変化させ、前記固体撮像素子の出力を読
み出す手段に補正値として出力する出力補正手段を備
え、前記出力補正手段が、前記固体撮像素子の信号のバ
イアス電流成分をキャンセルする定電流回路と前記固体
撮像素子の信号のバイアス電流成分のばらつきを相殺す
るバイアス電流相殺回路との組合せであることを特徴と
する撮像装置。
【請求項３】前記バイアス電流相殺回路は、２進化の
重み付けをもつ抵抗群およびスイッチ群で構成される、
請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】前記バイアス電流相殺回路は、Ｒ−２Ｒ
ラダー抵抗網およびスイッチ群で構成される、請求項１
または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】前記撮像装置が赤外線撮像装置である、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装
置。