JP3149919B2 - 固体撮像素子及びこれを用いた読み出し回路 - Google Patents
固体撮像素子及びこれを用いた読み出し回路Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
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- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
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- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
- H04N5/33—Transforming infrared radiation
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子及び
これを用いた読み出し回路に関し、特に、ボロメータ型
赤外線撮像素子及びこれを用いた読み出し回路に関す
る。
これを用いた読み出し回路に関し、特に、ボロメータ型
赤外線撮像素子及びこれを用いた読み出し回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のボロメータ型赤外線撮像
素子においては、例えば特開平８−１０５７９４号公報
に開示されているように、ボロメータ型赤外線撮像素子
からの信号出力に、ボロメータ抵抗値のばらつきが起因
となるＦＰＮ（ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓ
ｅ）と称する出力ばらつきが生じる。
素子においては、例えば特開平８−１０５７９４号公報
に開示されているように、ボロメータ型赤外線撮像素子
からの信号出力に、ボロメータ抵抗値のばらつきが起因
となるＦＰＮ（ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓ
ｅ）と称する出力ばらつきが生じる。
【０００３】図６は、従来のボロメータ型赤外線撮像素
子の一例を示すブロック図である。
子の一例を示すブロック図である。
【０００４】図６に示すように本従来例においては、ボ
ロメータ１及び垂直スイッチ２が２次元に配列されてお
り、ボロメータ１は垂直スイッチ２及び水平スイッチ３
に接続され、垂直スイッチ２は垂直シフトレジスタ５の
出力により、また水平スイッチ３は水平シフトレジスタ
４の出力により、それぞれ順次選択される。選択された
ボロメータ１は出力信号線６を経て外部回路に接続され
る。
ロメータ１及び垂直スイッチ２が２次元に配列されてお
り、ボロメータ１は垂直スイッチ２及び水平スイッチ３
に接続され、垂直スイッチ２は垂直シフトレジスタ５の
出力により、また水平スイッチ３は水平シフトレジスタ
４の出力により、それぞれ順次選択される。選択された
ボロメータ１は出力信号線６を経て外部回路に接続され
る。
【０００５】ここで、ボロメータ１においては、入射赤
外線により抵抗値の変化が生じるため、外部回路からボ
ロメータ１に電流を流し、ボロメータ１の両端に現れる
電圧が読み出される。
外線により抵抗値の変化が生じるため、外部回路からボ
ロメータ１に電流を流し、ボロメータ１の両端に現れる
電圧が読み出される。
【０００６】また、ボロメータ型赤外線撮像素子におい
ては、デバイスプロセス等が原因となってボロメータ抵
抗値にばらつきが生じるため、外部回路により読み出さ
れた信号電圧にＦＰＮと称する出力ばらつきが生じる。
このＦＰＮを補正するために、従来は、外部回路にＡ／
Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が設けられ、各画
素のＦＰＮ量を記憶して補正を行うという複雑な演算処
理が行われている。
ては、デバイスプロセス等が原因となってボロメータ抵
抗値にばらつきが生じるため、外部回路により読み出さ
れた信号電圧にＦＰＮと称する出力ばらつきが生じる。
このＦＰＮを補正するために、従来は、外部回路にＡ／
Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が設けられ、各画
素のＦＰＮ量を記憶して補正を行うという複雑な演算処
理が行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の技術においては、以下に記載するような
問題点がある。
たような従来の技術においては、以下に記載するような
問題点がある。
【０００８】（１）ＦＰＮが生じる原因の１つに、レイ
アウトパターンに起因するデバイスプロセスでのエッチ
ングによるマイクロローディング効果が挙げられるが、
そのマイクロローディング効果により、ボロメータ抵抗
値が、水平及び垂直方向に一様にある傾きを持ち、ばら
ついてしまう。
アウトパターンに起因するデバイスプロセスでのエッチ
ングによるマイクロローディング効果が挙げられるが、
そのマイクロローディング効果により、ボロメータ抵抗
値が、水平及び垂直方向に一様にある傾きを持ち、ばら
ついてしまう。
【０００９】図７は、ボロメータ型赤外線撮像素子にお
けるボロメータ抵抗値の分布図の一例を示す図である。
けるボロメータ抵抗値の分布図の一例を示す図である。
【００１０】ボロメータ抵抗値がばらついた場合、ボロ
メータ型赤外線撮像素子からの信号出力にＦＰＮ（ｆｉ
ｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ）と称する出力ば
らつきが生じてしまい、この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とることができ
なくなってしまう。
メータ型赤外線撮像素子からの信号出力にＦＰＮ（ｆｉ
ｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ）と称する出力ば
らつきが生じてしまい、この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とることができ
なくなってしまう。
【００１１】（２）上述したように、ＦＰＮが回路Ｄレ
ンジの妨げになり、読み出し回路でのゲインをとること
ができないため、後段につながる回路ノイズ（例えば、
ＦＰＮを補正するために備える外部回路のＡ／Ｄ変換
器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が発生するノイズ）によ
ってノイズが劣化してしまう虞れがある。
ンジの妨げになり、読み出し回路でのゲインをとること
ができないため、後段につながる回路ノイズ（例えば、
ＦＰＮを補正するために備える外部回路のＡ／Ｄ変換
器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が発生するノイズ）によ
ってノイズが劣化してしまう虞れがある。
【００１２】（３）上述したＦＰＮを補正するために、
外部回路にＡ／Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が
設けられ、各画素のＦＰＮ量を記憶して補正を行うとい
う複雑な演算処理が行われているため、外部回路の規模
が大型化してしまう。
外部回路にＡ／Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が
設けられ、各画素のＦＰＮ量を記憶して補正を行うとい
う複雑な演算処理が行われているため、外部回路の規模
が大型化してしまう。
【００１３】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構成
でＦＰＮの補正を行うことができる固体撮像素子及びこ
れを用いた読み出し回路を提供することを目的とする。
する問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構成
でＦＰＮの補正を行うことができる固体撮像素子及びこ
れを用いた読み出し回路を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ボロメータ及び該ボロメータの垂直方向の
選択を行う垂直スイッチからなる検出手段が半導体基板
上に２次元に配列された有効検出手段と、前記ボロメー
タの水平方向の選択を行う水平スイッチと、前記垂直ス
イッチを制御する垂直シフトレジスタと、前記水平スイ
ッチを制御する水平シフトレジスタとを有してなる固体
撮像素子において、前記有効検出手段の外周を囲むよう
に配列され、前記検出手段を具備し、入射赤外線に対し
て感度がない複数の基準検出手段を有し、 該複数の基準
検出手段の組み合わせを用いて前記有効検出手段におけ
るボロメータ抵抗値の分布を得ることを特徴とする。
に本発明は、ボロメータ及び該ボロメータの垂直方向の
選択を行う垂直スイッチからなる検出手段が半導体基板
上に２次元に配列された有効検出手段と、前記ボロメー
タの水平方向の選択を行う水平スイッチと、前記垂直ス
イッチを制御する垂直シフトレジスタと、前記水平スイ
ッチを制御する水平シフトレジスタとを有してなる固体
撮像素子において、前記有効検出手段の外周を囲むよう
に配列され、前記検出手段を具備し、入射赤外線に対し
て感度がない複数の基準検出手段を有し、 該複数の基準
検出手段の組み合わせを用いて前記有効検出手段におけ
るボロメータ抵抗値の分布を得ることを特徴とする。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】また、前記基準検出手段は、前記有効検出
手段の最上部の上側に隣接し、かつ水平方向に配列され
た水平上部基準検出手段と、前記有効検出手段の最下部
の下側に隣接し、かつ水平方向に配列された水平下部基
準検出手段と、前記有効検出手段の最右部の右側に隣接
し、かつ垂直方向に配列された垂直右部基準検出手段
と、前記有効検出手段の最左部の左側に隣接し、かつ垂
直方向に配列された垂直左部基準検出手段と、前記有効
検出手段の右上部に隣接、配置された右上部基準検出手
段と、前記有効検出手段の右下部に隣接、配置された右
下部基準検出手段と、前記有効検出手段の左上部に隣
接、配置された左上部基準検出手段と、前記有効検出手
段の左下部に隣接、配置された左下部基準検出手段とを
有することを特徴とする。
手段の最上部の上側に隣接し、かつ水平方向に配列され
た水平上部基準検出手段と、前記有効検出手段の最下部
の下側に隣接し、かつ水平方向に配列された水平下部基
準検出手段と、前記有効検出手段の最右部の右側に隣接
し、かつ垂直方向に配列された垂直右部基準検出手段
と、前記有効検出手段の最左部の左側に隣接し、かつ垂
直方向に配列された垂直左部基準検出手段と、前記有効
検出手段の右上部に隣接、配置された右上部基準検出手
段と、前記有効検出手段の右下部に隣接、配置された右
下部基準検出手段と、前記有効検出手段の左上部に隣
接、配置された左上部基準検出手段と、前記有効検出手
段の左下部に隣接、配置された左下部基準検出手段とを
有することを特徴とする。
【００２２】また、前記水平上部基準検出手段と前記水
平下部基準検出手段と前記垂直右部基準検出手段と前記
垂直左部基準検出手段とは、互いに直列に接続されてお
り、前記右上部基準検出手段と前記右下部基準検出手段
と前記左上部基準検出手段と前記左下部基準検出手段と
は、互いに直列に接続されていることを特徴とする。
平下部基準検出手段と前記垂直右部基準検出手段と前記
垂直左部基準検出手段とは、互いに直列に接続されてお
り、前記右上部基準検出手段と前記右下部基準検出手段
と前記左上部基準検出手段と前記左下部基準検出手段と
は、互いに直列に接続されていることを特徴とする。
【００２３】
【００２４】また、前記水平上部基準検出手段と前記水
平下部基準検出手段と前記垂直右部基準検出手段と前記
垂直左部基準検出手段とは、互いに並列に接続されてお
り、前記右上部基準検出手段と前記右下部基準検出手段
と前記左上部基準検出手段と前記左下部基準検出手段と
は、互いに並列に接続されていることを特徴とする。
平下部基準検出手段と前記垂直右部基準検出手段と前記
垂直左部基準検出手段とは、互いに並列に接続されてお
り、前記右上部基準検出手段と前記右下部基準検出手段
と前記左上部基準検出手段と前記左下部基準検出手段と
は、互いに並列に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
【００２６】また、前記固体撮像素子を用いた読み出し
回路であって、エミッタが、前記有効検出手段と接続さ
れる第１のバイポーラトランジスタと、エミッタが、前
記水平上部基準検出手段、前記水平下部基準検出手段、
前記垂直右部基準検出手段及び前記垂直左部基準検出手
段が接続された信号線と接続される第２のバイポーラト
ランジスタと、エミッタが、前記右上部基準検出手段、
前記右下部基準検出手段、前記左上部基準検出手段及び
前記左下部基準検出手段が接続された信号線と接続され
る第３のバイポーラトランジスタと、コレクタが、前記
第１、第２及び第３のバイポーラトランジスタと接続さ
れる積分容量と、該積分容量の電位を所定電位にリセッ
トするためのリセット手段とを有することを特徴とす
る。
回路であって、エミッタが、前記有効検出手段と接続さ
れる第１のバイポーラトランジスタと、エミッタが、前
記水平上部基準検出手段、前記水平下部基準検出手段、
前記垂直右部基準検出手段及び前記垂直左部基準検出手
段が接続された信号線と接続される第２のバイポーラト
ランジスタと、エミッタが、前記右上部基準検出手段、
前記右下部基準検出手段、前記左上部基準検出手段及び
前記左下部基準検出手段が接続された信号線と接続され
る第３のバイポーラトランジスタと、コレクタが、前記
第１、第２及び第３のバイポーラトランジスタと接続さ
れる積分容量と、該積分容量の電位を所定電位にリセッ
トするためのリセット手段とを有することを特徴とす
る。
【００２７】（作用） 上記のように構成された本発明においては、ボロメータ
及び垂直スイッチからなる検出手段が２次元に配列され
た有効検出手段の外周に、該有効検出手段に隣接するよ
うに、検出手段を具備し、入射赤外線に対する感度がな
い基準検出手段が設けられており、該基準検出手段によ
って有効検出手段内のボロメータ抵抗値の分布が得られ
るので、簡易な構成でＦＰＮ補正が行われる。これによ
り、外部回路にＡ／Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器
等を備え、各画素のＦＰＮ量を記憶して補正を行うとい
うような複雑な演算処理を行う必要がない。
及び垂直スイッチからなる検出手段が２次元に配列され
た有効検出手段の外周に、該有効検出手段に隣接するよ
うに、検出手段を具備し、入射赤外線に対する感度がな
い基準検出手段が設けられており、該基準検出手段によ
って有効検出手段内のボロメータ抵抗値の分布が得られ
るので、簡易な構成でＦＰＮ補正が行われる。これによ
り、外部回路にＡ／Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器
等を備え、各画素のＦＰＮ量を記憶して補正を行うとい
うような複雑な演算処理を行う必要がない。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
いて図面を参照して説明する。
【００２９】図１は、本発明の固体撮像素子の実施の一
形態を示す図である。
形態を示す図である。
【００３０】図１に示すように本形態においては、ボロ
メータ１及び垂直スイッチ２からなる検出手段が２次元
に配列されており、ボロメータ１は垂直スイッチ２及び
水平スイッチ３に接続される。また、垂直シフトレジス
タ５の出力は垂直スイッチ２のゲートに接続され、水平
シフトレジスタ４の出力は水平スイッチ３のゲートに接
続される。
メータ１及び垂直スイッチ２からなる検出手段が２次元
に配列されており、ボロメータ１は垂直スイッチ２及び
水平スイッチ３に接続される。また、垂直シフトレジス
タ５の出力は垂直スイッチ２のゲートに接続され、水平
シフトレジスタ４の出力は水平スイッチ３のゲートに接
続される。
【００３１】また本形態の特徴として、ボロメータ１及
び垂直スイッチ２からなる有効検出手段となる有効画素
区域１９の外周に、水平方向のＦＰＮの基準画素となる
垂直右部基準画素７及び垂直左部基準画素１０、並び
に、垂直方向のＦＰＮの基準画素となる水平上部基準画
素１１及び水平下部基準画素８、並びに、有効画素区域
１９の中心画素のボロメータ抵抗値を算出するための右
上部基準画素１４、右下部基準画素１５、左下部基準画
素１６及び左上部基準画素１７がそれぞれ有効画素区域
１９と隣接して配列されている。
び垂直スイッチ２からなる有効検出手段となる有効画素
区域１９の外周に、水平方向のＦＰＮの基準画素となる
垂直右部基準画素７及び垂直左部基準画素１０、並び
に、垂直方向のＦＰＮの基準画素となる水平上部基準画
素１１及び水平下部基準画素８、並びに、有効画素区域
１９の中心画素のボロメータ抵抗値を算出するための右
上部基準画素１４、右下部基準画素１５、左下部基準画
素１６及び左上部基準画素１７がそれぞれ有効画素区域
１９と隣接して配列されている。
【００３２】ここで、垂直右部基準画素７においては、
有効画素区域１９の最右部の右側に隣接するように、ボ
ロメータ１及び垂直スイッチ２が垂直方向に配置されて
設けられており、垂直左部基準画素１０においては、有
効画素区域１９の最左部の左側に隣接するように、ボロ
メータ１及び垂直スイッチ２が垂直方向に配置されて設
けられており、水平上部基準画素１１においては、有効
画素区域１９の最上部の上側に隣接するように、ボロメ
ータ１及び垂直スイッチ２が水平方向に配置されて設け
られており、水平下部基準画素８においては、有効画素
区域１９の最下部の下側に隣接するように、ボロメータ
１及び垂直スイッチ２が水平方向に配置されて設けられ
ている。
有効画素区域１９の最右部の右側に隣接するように、ボ
ロメータ１及び垂直スイッチ２が垂直方向に配置されて
設けられており、垂直左部基準画素１０においては、有
効画素区域１９の最左部の左側に隣接するように、ボロ
メータ１及び垂直スイッチ２が垂直方向に配置されて設
けられており、水平上部基準画素１１においては、有効
画素区域１９の最上部の上側に隣接するように、ボロメ
ータ１及び垂直スイッチ２が水平方向に配置されて設け
られており、水平下部基準画素８においては、有効画素
区域１９の最下部の下側に隣接するように、ボロメータ
１及び垂直スイッチ２が水平方向に配置されて設けられ
ている。
【００３３】また、右上部基準画素１４においては、１
つずつのボロメータ１及び垂直スイッチ２から構成さ
れ、有効画素区域１９の右上部に隣接するように設けら
れており、右下部基準画素１５においては、１つずつの
ボロメータ１及び垂直スイッチ２から構成され、有効画
素区域１９の右下部に隣接するように設けられており、
左下部基準画素１６においては、１つずつのボロメータ
１及び垂直スイッチ２から構成され、有効画素区域１９
の左下部に隣接するように設けられており、左上部基準
画素１７においては、１つずつのボロメータ１及び垂直
スイッチ２から構成され、有効画素区域１９の左上部に
隣接するように設けられている。
つずつのボロメータ１及び垂直スイッチ２から構成さ
れ、有効画素区域１９の右上部に隣接するように設けら
れており、右下部基準画素１５においては、１つずつの
ボロメータ１及び垂直スイッチ２から構成され、有効画
素区域１９の右下部に隣接するように設けられており、
左下部基準画素１６においては、１つずつのボロメータ
１及び垂直スイッチ２から構成され、有効画素区域１９
の左下部に隣接するように設けられており、左上部基準
画素１７においては、１つずつのボロメータ１及び垂直
スイッチ２から構成され、有効画素区域１９の左上部に
隣接するように設けられている。
【００３４】ここで、垂直右部基準画素７、水平下部基
準画素８、水平下部基準画素用水平スイッチ９、垂直左
部基準画素１０、水平上部基準画素１１及び水平上部基
準画素用水平スイッチ１２においては、順次直列に接続
され、その後、水平・垂直基準画素信号線１３に接続さ
れる。同様に、右上部基準画素１４、右下部基準画素１
５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７におい
ても、順次直列に接続され、その後、四隅画素信号線１
８に接続される。
準画素８、水平下部基準画素用水平スイッチ９、垂直左
部基準画素１０、水平上部基準画素１１及び水平上部基
準画素用水平スイッチ１２においては、順次直列に接続
され、その後、水平・垂直基準画素信号線１３に接続さ
れる。同様に、右上部基準画素１４、右下部基準画素１
５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７におい
ても、順次直列に接続され、その後、四隅画素信号線１
８に接続される。
【００３５】次に、垂直右部基準画素７、垂直左部基準
画素１０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素
８の構成について詳細に説明する。
画素１０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素
８の構成について詳細に説明する。
【００３６】垂直右部基準画素７、垂直左部基準画素１
０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素８にお
いては、自己発熱による画素破壊を防止するため、犠牲
層エッチングが行われない。そのため、入射赤外線に対
する感度はない。
０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素８にお
いては、自己発熱による画素破壊を防止するため、犠牲
層エッチングが行われない。そのため、入射赤外線に対
する感度はない。
【００３７】ここで、自己発熱について説明する。
【００３８】ボロメータ１に流れる電流をＩ、ボロメー
タの抵抗値をＲ、１画素の選択時間をｔ、熱コンダクタ
ンスをＧｔｈ、熱時定数をτとしたとき、ボロメータ１
の自己発熱温度ΔＴは、以下の式で表される。
タの抵抗値をＲ、１画素の選択時間をｔ、熱コンダクタ
ンスをＧｔｈ、熱時定数をτとしたとき、ボロメータ１
の自己発熱温度ΔＴは、以下の式で表される。
【００３９】ΔＴ＝（Ｉ2・Ｒ・ｔ）／（Ｇｔｈ・τ） 通常、有効画素区域１９内のボロメータ１を形成する受
光部は、その下層（犠牲層）をエッチングで取り除くこ
とによって、宙に浮いた膜（ダイアフラム）が形成さ
れ、熱の逃げを防ぐ構造となっているため、熱コンダク
タンスＧｔｈは、小さい。そのため、熱時定数よりも短
い周期で同一画素が選択されると、自己発熱量が増大
し、画素の特性劣化及び画素破壊が生じる。
光部は、その下層（犠牲層）をエッチングで取り除くこ
とによって、宙に浮いた膜（ダイアフラム）が形成さ
れ、熱の逃げを防ぐ構造となっているため、熱コンダク
タンスＧｔｈは、小さい。そのため、熱時定数よりも短
い周期で同一画素が選択されると、自己発熱量が増大
し、画素の特性劣化及び画素破壊が生じる。
【００４０】ここで、垂直右部基準画素７、垂直左部基
準画素１０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画
素８においては、画素の長時間選択及び画素の短周期選
択が行われているため、犠牲層エッチングは行われな
い。犠牲層エッチングが行われない場合、熱コンダクタ
ンスＧｔｈを増大させることになり、自己発熱は生じな
い。
準画素１０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画
素８においては、画素の長時間選択及び画素の短周期選
択が行われているため、犠牲層エッチングは行われな
い。犠牲層エッチングが行われない場合、熱コンダクタ
ンスＧｔｈを増大させることになり、自己発熱は生じな
い。
【００４１】次に、垂直右部基準画素７、垂直左部基準
画素１０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素
８においては、回路動作においてＶＤＤ側で動作するた
め、ＭＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗の動作点依存性が考慮さ
れ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴから構成され、さらに基
板バイアス効果によるＶＴの増大が考慮され、バックゲ
ートとソース端子とが短絡されている。
画素１０、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素
８においては、回路動作においてＶＤＤ側で動作するた
め、ＭＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗の動作点依存性が考慮さ
れ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴから構成され、さらに基
板バイアス効果によるＶＴの増大が考慮され、バックゲ
ートとソース端子とが短絡されている。
【００４２】水平上部基準画素１１及び水平下部基準画
素８のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴは常に選択されている
状態（ＯＮ状態）である。
素８のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴは常に選択されている
状態（ＯＮ状態）である。
【００４３】次に、右上部基準画素１４、右下部基準画
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７の
構成について詳細に説明する。
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７の
構成について詳細に説明する。
【００４４】右上部基準画素１４、右下部基準画素１
５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７におい
ても、上述した理由により自己発熱による画素破壊を防
止するため、犠牲層エッチングが行われない。そのた
め、入射赤外線に対する感度はない。
５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７におい
ても、上述した理由により自己発熱による画素破壊を防
止するため、犠牲層エッチングが行われない。そのた
め、入射赤外線に対する感度はない。
【００４５】また、右上部基準画素１４、右下部基準画
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７お
いては、回路動作においてＧＮＤ側で動作するため、Ｍ
ＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗の動作点依存性が考慮され、Ｎチ
ャンネルＭＯＳＦＥＴから構成され、さらに上述した理
由によりバックゲートとソース端子とが短絡されてい
る。
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７お
いては、回路動作においてＧＮＤ側で動作するため、Ｍ
ＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗の動作点依存性が考慮され、Ｎチ
ャンネルＭＯＳＦＥＴから構成され、さらに上述した理
由によりバックゲートとソース端子とが短絡されてい
る。
【００４６】また、全てのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに
おいては、常に選択されている状態（ＯＮ状態）であ
る。
おいては、常に選択されている状態（ＯＮ状態）であ
る。
【００４７】ここで、ＭＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗の動作点
依存性について説明する。
依存性について説明する。
【００４８】ＭＯＳＦＥＴにおいて、動作点が低電位側
にある場合、Ｎチャンネルを用いた方が、ＯＮ抵抗は低
抵抗になり、一方、動作点が高電位側にある場合、Ｐチ
ャンネルを用いた方が、ＯＮ抵抗は低抵抗になる。
にある場合、Ｎチャンネルを用いた方が、ＯＮ抵抗は低
抵抗になり、一方、動作点が高電位側にある場合、Ｐチ
ャンネルを用いた方が、ＯＮ抵抗は低抵抗になる。
【００４９】ここで、有効画素区域１９とのレイアウト
パタ−ンの均一性を高めるために、垂直右部基準画素
７、水平下部基準画素８、垂直左部基準画素１０、水平
上部基準画素１１、右上部基準画素１４、右下部基準画
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７に
おいては、有効画素区域１９内のボロメータ１及び垂直
スイッチ２とほぼ同一構成に設計されており、また、前
記各基準画素の抵抗値は、ボロメータ１の抵抗値と同一
値に設計されている。
パタ−ンの均一性を高めるために、垂直右部基準画素
７、水平下部基準画素８、垂直左部基準画素１０、水平
上部基準画素１１、右上部基準画素１４、右下部基準画
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７に
おいては、有効画素区域１９内のボロメータ１及び垂直
スイッチ２とほぼ同一構成に設計されており、また、前
記各基準画素の抵抗値は、ボロメータ１の抵抗値と同一
値に設計されている。
【００５０】以下に、上記のように構成された固体撮像
素子の動作について説明する。
素子の動作について説明する。
【００５１】ボロメータ１は、垂直スイッチ２及び水平
スイッチ３に接続される。
スイッチ３に接続される。
【００５２】垂直スイッチ２は垂直シフトレジスタ５の
出力により、また、水平スイッチ３は水平シフトレジス
タ４の出力によりそれぞれ順次選択され、選択された垂
直スイッチ２と選択された水平スイッチ３との交点のボ
ロメータ１が選択画素となる。
出力により、また、水平スイッチ３は水平シフトレジス
タ４の出力によりそれぞれ順次選択され、選択された垂
直スイッチ２と選択された水平スイッチ３との交点のボ
ロメータ１が選択画素となる。
【００５３】選択されたボロメータ１は出力信号線６を
介して外部回路に接続され、信号が読み出される。この
時同時に、垂直右部基準画素７及び垂直左部基準画素１
０も垂直シフトレジスタ５の出力によりそれぞれ選択さ
れ、また、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素
８も水平シフトレジスタ４の出力によりそれぞれ選択さ
れる。
介して外部回路に接続され、信号が読み出される。この
時同時に、垂直右部基準画素７及び垂直左部基準画素１
０も垂直シフトレジスタ５の出力によりそれぞれ選択さ
れ、また、水平上部基準画素１１及び水平下部基準画素
８も水平シフトレジスタ４の出力によりそれぞれ選択さ
れる。
【００５４】選択された水平上部基準画素１１、水平下
部基準画素８、垂直右部基準画素７及び垂直左部基準画
素１０は、互いに直列に接続されており、水平・垂直基
準信号線１３を介して外部回路に接続され、信号が読み
出される。
部基準画素８、垂直右部基準画素７及び垂直左部基準画
素１０は、互いに直列に接続されており、水平・垂直基
準信号線１３を介して外部回路に接続され、信号が読み
出される。
【００５５】また、右上部基準画素１４、右下部基準画
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７に
おいては、常に選択された状態で、互いに直列に接続さ
れており、四隅画素信号線１８を介して外部回路に接続
され、信号が読み出される。
素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７に
おいては、常に選択された状態で、互いに直列に接続さ
れており、四隅画素信号線１８を介して外部回路に接続
され、信号が読み出される。
【００５６】以下に、本発明の上述した実施の形態のさ
らなる具体例について説明する。
らなる具体例について説明する。
【００５７】図２は、図１に示した固体撮像素子を用い
た読み出し回路の一構成例を示す回路図である。
た読み出し回路の一構成例を示す回路図である。
【００５８】図２に示すように本例においては、積分ト
ランジスタ２２のエミッタに出力信号線６が接続され、
出力信号線６には、水平シフトレジスタの出力２１によ
り選択された水平スイッチ３と、ボロメータ１と、垂直
シフトレジスタの出力２０により選択された垂直スイッ
チ２とが互いに直列に接続され、さらにＧＮＤへ接続さ
れている。
ランジスタ２２のエミッタに出力信号線６が接続され、
出力信号線６には、水平シフトレジスタの出力２１によ
り選択された水平スイッチ３と、ボロメータ１と、垂直
シフトレジスタの出力２０により選択された垂直スイッ
チ２とが互いに直列に接続され、さらにＧＮＤへ接続さ
れている。
【００５９】また、バイアス電圧２３が、積分トランジ
スタ２２のベースに印加されており、積分トランジスタ
２２を流れる電流Ｉ１がボロメータ１にも流れる。
スタ２２のベースに印加されており、積分トランジスタ
２２を流れる電流Ｉ１がボロメータ１にも流れる。
【００６０】また、バイアス電流供給トランジスタ２４
のエミッタに水平・垂直基準画素信号線１３が接続さ
れ、水平・垂直基準画素信号線１３には、水平シフトレ
ジスタの出力２１により選択された水平上部基準画素用
水平スイッチ１２と、水平上部基準画素１１と、垂直シ
フトレジスタの出力２０により選択された垂直左部基準
画素１０と、水平シフトレジスタの出力２１により選択
された水平下部基準画素用水平スイッチ９と、水平下部
基準画素８と、垂直シフトレジスタの出力２０により選
択された垂直右部基準画素７とが互いに直列に接続さ
れ、さらにＶＤＤへ接続されている。
のエミッタに水平・垂直基準画素信号線１３が接続さ
れ、水平・垂直基準画素信号線１３には、水平シフトレ
ジスタの出力２１により選択された水平上部基準画素用
水平スイッチ１２と、水平上部基準画素１１と、垂直シ
フトレジスタの出力２０により選択された垂直左部基準
画素１０と、水平シフトレジスタの出力２１により選択
された水平下部基準画素用水平スイッチ９と、水平下部
基準画素８と、垂直シフトレジスタの出力２０により選
択された垂直右部基準画素７とが互いに直列に接続さ
れ、さらにＶＤＤへ接続されている。
【００６１】バイアス電圧２５が、バイアス電流供給ト
ランジスタ２４のベースに印加されており、バイアス電
流供給トランジスタ２４を流れる電流Ｉ２が前記各水平
及び垂直基準画素にも流れる。
ランジスタ２４のベースに印加されており、バイアス電
流供給トランジスタ２４を流れる電流Ｉ２が前記各水平
及び垂直基準画素にも流れる。
【００６２】同様に、バイアス電流引き抜きトランジス
タ２６のエミッタに四隅画素信号線１８が接続され、四
隅画素信号線１８には右上部基準画素１４、右下部基準
画素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７
が互いに直列に接続され、さらにＧＮＤへ接続されてい
る。
タ２６のエミッタに四隅画素信号線１８が接続され、四
隅画素信号線１８には右上部基準画素１４、右下部基準
画素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７
が互いに直列に接続され、さらにＧＮＤへ接続されてい
る。
【００６３】バイアス電圧２７が、バイアス電流引き抜
きトランジスタ２６のベースに印加されており、バイア
ス電流引き抜きトランジスタ２６を流れる電流Ｉ３が前
記各基準画素にも流れる。
きトランジスタ２６のベースに印加されており、バイア
ス電流引き抜きトランジスタ２６を流れる電流Ｉ３が前
記各基準画素にも流れる。
【００６４】積分トランジスタ２２のコレクタ、バイア
ス電流供給トランジスタ２４のコレクタ及びバイアス電
流引き抜きトランジスタ２６のコレクタは、各々互いに
接続され、積分コンデンサ２８及びリセットスイッチ２
９、さらにソースフォロワ３２にも接続されている。
ス電流供給トランジスタ２４のコレクタ及びバイアス電
流引き抜きトランジスタ２６のコレクタは、各々互いに
接続され、積分コンデンサ２８及びリセットスイッチ２
９、さらにソースフォロワ３２にも接続されている。
【００６５】リセットスイッチ２９は、リセットパルス
３０により、積分コンデンサ２８をリセット電圧３１に
リセットする。ソースフォロワ３２は、積分コンデンサ
２８の電位変動を読み出し回路出力３３に出力する。
３０により、積分コンデンサ２８をリセット電圧３１に
リセットする。ソースフォロワ３２は、積分コンデンサ
２８の電位変動を読み出し回路出力３３に出力する。
【００６６】以下に、上記のように構成された固体撮像
素子の動作について図面を参照して詳細に説明する。
素子の動作について図面を参照して詳細に説明する。
【００６７】まず、動作の模式図を参照して説明する。
【００６８】図３は、本発明の固体撮像素子の動作を説
明するための第１の模式図である。
明するための第１の模式図である。
【００６９】図３を参照すると、水平シフトレジスタ４
及び垂直シフトレジスタ５の出力により、ＲＢが選択さ
れている。この時同時に、水平上部基準画素１１のＲＨ
１、水平下部基準画素８のＲＨ２、垂直右部基準画素７
のＲＶ１及び垂直左部基準画素１０のＲＶ２が選択され
ている。
及び垂直シフトレジスタ５の出力により、ＲＢが選択さ
れている。この時同時に、水平上部基準画素１１のＲＨ
１、水平下部基準画素８のＲＨ２、垂直右部基準画素７
のＲＶ１及び垂直左部基準画素１０のＲＶ２が選択され
ている。
【００７０】ここで、各基準画素は有効画素区域１９の
外周に隣接して配列されているため、各基準画素のボロ
メータ抵抗値は有効画素区域１９の最外周に配列されて
いる画素のボロメータ抵抗値と同一値と考えてもよい。
外周に隣接して配列されているため、各基準画素のボロ
メータ抵抗値は有効画素区域１９の最外周に配列されて
いる画素のボロメータ抵抗値と同一値と考えてもよい。
【００７１】よって、図７に示したようにボロメータ抵
抗値の分布が水平及び垂直方向に一様にある傾きを持
ち、ばらついている場合には、水平上部基準画素１１の
ＲＨ１と水平下部基準画素８のＲＨ２とのボロメータ抵
抗平均値が垂直方向の中央画素ＲＶＣのボロメータ抵抗
値と同一になり、同様に垂直右部基準画素７のＲＶ１と
垂直左部基準画素１０のＲＶ２とのボロメータ抵抗平均
値が水平方向の中央画素ＲＨＣのボロメータ抵抗値と同
一になる。
抗値の分布が水平及び垂直方向に一様にある傾きを持
ち、ばらついている場合には、水平上部基準画素１１の
ＲＨ１と水平下部基準画素８のＲＨ２とのボロメータ抵
抗平均値が垂直方向の中央画素ＲＶＣのボロメータ抵抗
値と同一になり、同様に垂直右部基準画素７のＲＶ１と
垂直左部基準画素１０のＲＶ２とのボロメータ抵抗平均
値が水平方向の中央画素ＲＨＣのボロメータ抵抗値と同
一になる。
【００７２】また、有効画素区域１９の外周四隅に、右
上部基準画素１４、右下部基準画素１５、左下部基準画
素１６及び左上部基準画素１７が配置されており、これ
らの平均値が有効画素区域１９の中心画素Ｒ０のボロメ
ータ抵抗値と同一になる。
上部基準画素１４、右下部基準画素１５、左下部基準画
素１６及び左上部基準画素１７が配置されており、これ
らの平均値が有効画素区域１９の中心画素Ｒ０のボロメ
ータ抵抗値と同一になる。
【００７３】ここで、垂直方向の中央画素ＲＶＣのボロ
メータ抵抗値と中心画素Ｒ０のボロメータ抵抗値の差分
をΔＸ、水平方向の中央画素ＲＨＣのボロメータ抵抗値
と中心画素Ｒ０のボロメータ抵抗値の差分をΔＹとする
と、ＲＢのボロメータ抵抗値は、 ＲＢのボロメータ抵抗値＝Ｒ０のボロメータ抵抗値＋ΔＸ＋ΔＹ・・・（１） で近似できる。
メータ抵抗値と中心画素Ｒ０のボロメータ抵抗値の差分
をΔＸ、水平方向の中央画素ＲＨＣのボロメータ抵抗値
と中心画素Ｒ０のボロメータ抵抗値の差分をΔＹとする
と、ＲＢのボロメータ抵抗値は、 ＲＢのボロメータ抵抗値＝Ｒ０のボロメータ抵抗値＋ΔＸ＋ΔＹ・・・（１） で近似できる。
【００７４】次に、この近似を図面を参照して検証す
る。
る。
【００７５】図４は、本発明の固体撮像素子の動作を説
明するための第２の模式図である。
明するための第２の模式図である。
【００７６】例えば、有効画素区域１９の中心画素のボ
ロメータ抵抗値Ｒを中心として、ボロメータ抵抗値のば
らつきが水平方向の左側に−Ａ％、右側に＋Ａ％、ま
た、垂直方向の下側に−Ｂ％、上側に＋Ｂ％の一様な傾
斜を持つ場合、図４に示すようなボロメータ抵抗値の配
列となる。
ロメータ抵抗値Ｒを中心として、ボロメータ抵抗値のば
らつきが水平方向の左側に−Ａ％、右側に＋Ａ％、ま
た、垂直方向の下側に−Ｂ％、上側に＋Ｂ％の一様な傾
斜を持つ場合、図４に示すようなボロメータ抵抗値の配
列となる。
【００７７】ここで、有効画素区域１９の最上左部の画
素が選択されている場合、垂直方向の中央画素のボロメ
ータ抵抗値が（１−Ａ）Ｒであり、水平方向の中央画素
のボロメータ抵抗値が（１＋Ｂ）Ｒである。
素が選択されている場合、垂直方向の中央画素のボロメ
ータ抵抗値が（１−Ａ）Ｒであり、水平方向の中央画素
のボロメータ抵抗値が（１＋Ｂ）Ｒである。
【００７８】よって、（１）式の左辺は、最上左部の画
素が選択されているので、 ＲＢのボロメータ抵抗値＝（１−Ａ）（１＋Ｂ）Ｒ＝（１−Ａ＋Ｂ−ＡＢ）Ｒ ・・・（２） となる。
素が選択されているので、 ＲＢのボロメータ抵抗値＝（１−Ａ）（１＋Ｂ）Ｒ＝（１−Ａ＋Ｂ−ＡＢ）Ｒ ・・・（２） となる。
【００７９】一方、（１）式の右辺は、 Ｒ０のボロメータ抵抗値＋ΔＸ＋ΔＹ＝Ｒ＋｛（１−Ａ）Ｒ−Ｒ｝＋｛（１＋ Ｂ）Ｒ−Ｒ｝＝（１−Ａ＋Ｂ）Ｒ・・・（３） となる。
【００８０】（２）、（３）式を比較してみると、Ａ及
びＢが小さな時、すなわち、抵抗ばらつきの度合いが小
さいほど、近似がよく合う。
びＢが小さな時、すなわち、抵抗ばらつきの度合いが小
さいほど、近似がよく合う。
【００８１】次に、（１）式の演算を実際の回路構成で
実現する方法について説明する。
実現する方法について説明する。
【００８２】有効画素区域１９の選択されている画素の
抵抗値をＲＢ０、選択されている垂直右部基準画素７の
抵抗値をＲＢＶ１、選択されている垂直左部基準画素１
０の抵抗値をＲＢＶ２、選択されている水平上部基準画
素１２の抵抗値をＲＢＨ１、選択されている水平下部基
準画素８の抵抗値をＲＢＨ２、右上部基準画素１４の抵
抗値をＲＢａ、右下部基準画素１５の抵抗値をＲＢｂ、
左下部基準画素１６の抵抗値をＲＢｃ、左上部基準画素
１７の抵抗値をＲＢｄとすると、（１）式は以下のよう
に変形できる。
抵抗値をＲＢ０、選択されている垂直右部基準画素７の
抵抗値をＲＢＶ１、選択されている垂直左部基準画素１
０の抵抗値をＲＢＶ２、選択されている水平上部基準画
素１２の抵抗値をＲＢＨ１、選択されている水平下部基
準画素８の抵抗値をＲＢＨ２、右上部基準画素１４の抵
抗値をＲＢａ、右下部基準画素１５の抵抗値をＲＢｂ、
左下部基準画素１６の抵抗値をＲＢｃ、左上部基準画素
１７の抵抗値をＲＢｄとすると、（１）式は以下のよう
に変形できる。
【００８３】 ＲＢのボロメータ抵抗値＝Ｒ０のボロメータ抵抗値＋ΔＸ＋ΔＹ・・・（１） ＲＢ０＝｛（ＲＢａ＋ＲＢｂ＋ＲＢｃ＋ＲＢｄ）／４｝＋｛｛（ＲＢＶ１＋Ｒ ＢＶ２）／２｝−｛（ＲＢａ＋ＲＢｂ＋ＲＢｃ＋ＲＢｄ）／４｝｝＋｛｛（ＲＢ Ｈ１＋ＲＢＨ２）／２｝−｛（ＲＢａ＋ＲＢｂ＋ＲＢｃ＋ＲＢｄ）／４｝｝＝｛ （ＲＢＶ１＋ＲＢＶ２＋ＲＢＨ１＋ＲＢＨ２）／２｝−｛（ＲＢａ＋ＲＢｂ＋Ｒ Ｂｃ＋ＲＢｄ）／４｝・・・（４） となる。
【００８４】この演算処理を行う回路が図２に示した回
路である。
路である。
【００８５】次に、図２に示した読み出し回路の動作に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００８６】まず、積分コンデンサ２８の電位が、リセ
ットスイッチ２９及びリセットパルス３０により、一定
周期の一定期間にリセット電圧３１にリセットされる。
ットスイッチ２９及びリセットパルス３０により、一定
周期の一定期間にリセット電圧３１にリセットされる。
【００８７】次に、リセット期間外に積分コンデンサ２
８へ流れ込む電流及び流れ出る電流の成分を考えると、
第１の成分として、積分トランジスタ２２及びバイアス
電圧２３により、ボロメータ１の抵抗値に応じた電流Ｉ
１が積分コンデンサ２８から流れ出る。
８へ流れ込む電流及び流れ出る電流の成分を考えると、
第１の成分として、積分トランジスタ２２及びバイアス
電圧２３により、ボロメータ１の抵抗値に応じた電流Ｉ
１が積分コンデンサ２８から流れ出る。
【００８８】第２の成分として、バイアス電流供給トラ
ンジスタ２４及びバイアス電圧２５により、垂直右部基
準画素７、垂直左部基準画素１０、水平上部基準画素１
１及び水平下部基準画素８が互いに直列に接続された抵
抗値に応じた電流Ｉ２が積分コンデンサ２８に流れ込
む。
ンジスタ２４及びバイアス電圧２５により、垂直右部基
準画素７、垂直左部基準画素１０、水平上部基準画素１
１及び水平下部基準画素８が互いに直列に接続された抵
抗値に応じた電流Ｉ２が積分コンデンサ２８に流れ込
む。
【００８９】第３の成分として、バイアス電流引き抜き
トランジスタ２６及びバイアス電圧２７により、右上部
基準画素１４、右下部基準画素１５、左下部基準画素１
６及び左上部基準画素１７が互いに直列に接続された抵
抗値に応じた電流Ｉ３が積分コンデンサ２８から流れ出
る。
トランジスタ２６及びバイアス電圧２７により、右上部
基準画素１４、右下部基準画素１５、左下部基準画素１
６及び左上部基準画素１７が互いに直列に接続された抵
抗値に応じた電流Ｉ３が積分コンデンサ２８から流れ出
る。
【００９０】ここで、読み出し回路出力３３において、
ＦＰＮによる出力ばらつきが生じないということは、積
分コンデンサ２８へ流れ込む電流及び流れ出る電流成分
を一定にし、積分コンデンサ２８の電位変動を抑制する
ことである。よって、（４）式を上記電流の形で考える
と、 ＲＢ０＝｛（ＲＢＶ１＋ＲＢＶ２＋ＲＢＨ１＋ＲＢＨ２）／２｝−｛（ＲＢａ ＋ＲＢｂ＋ＲＢｃ＋ＲＢｄ）／４｝・・・（４） Ｉ１＝Ｉ２−Ｉ３・・・（５） となり、また、ＲＢ０、ＲＢＶ１、ＲＢＶ２、ＲＢＨ
１、ＲＢＨ２、ＲＢａ、ＲＢｂ、ＲＢｃ、ＲＢｄのそれ
ぞれがほぼ同じ抵抗値であるから、Ｉ２＝２Ｉ１、Ｉ１
＝Ｉ３と置くことができる。
ＦＰＮによる出力ばらつきが生じないということは、積
分コンデンサ２８へ流れ込む電流及び流れ出る電流成分
を一定にし、積分コンデンサ２８の電位変動を抑制する
ことである。よって、（４）式を上記電流の形で考える
と、 ＲＢ０＝｛（ＲＢＶ１＋ＲＢＶ２＋ＲＢＨ１＋ＲＢＨ２）／２｝−｛（ＲＢａ ＋ＲＢｂ＋ＲＢｃ＋ＲＢｄ）／４｝・・・（４） Ｉ１＝Ｉ２−Ｉ３・・・（５） となり、また、ＲＢ０、ＲＢＶ１、ＲＢＶ２、ＲＢＨ
１、ＲＢＨ２、ＲＢａ、ＲＢｂ、ＲＢｃ、ＲＢｄのそれ
ぞれがほぼ同じ抵抗値であるから、Ｉ２＝２Ｉ１、Ｉ１
＝Ｉ３と置くことができる。
【００９１】よって、（５）式は、 Ｉ１＝２Ｉ１−Ｉ１・・・（６） と変形でき、積分コンデンサ２８へ流れ込む電流及び流
れ出る電流成分を一定することができる。
れ出る電流成分を一定することができる。
【００９２】上記から、バイアス電流供給トランジスタ
２４から積分コンデンサ２８へ流れ込む電流Ｉ２を、積
分コンデンサ２８から積分トランジスタ２２に流れ出る
電流Ｉ１の２倍に設定し、また、積分コンデンサ２８か
らバイアス電流引き抜きトランジスタ２６へ流れ出る電
流Ｉ３を、積分コンデンサ２８から積分トランジスタ２
２に流れ出る電流Ｉ１と同一に設定すれば、積分コンデ
ンサ２８へ流れ込む電流及び流れ出る電流成分を一定に
することができ、読み出し回路出力３３において、ＦＰ
Ｎによる出力ばらつきが生じることはない。
２４から積分コンデンサ２８へ流れ込む電流Ｉ２を、積
分コンデンサ２８から積分トランジスタ２２に流れ出る
電流Ｉ１の２倍に設定し、また、積分コンデンサ２８か
らバイアス電流引き抜きトランジスタ２６へ流れ出る電
流Ｉ３を、積分コンデンサ２８から積分トランジスタ２
２に流れ出る電流Ｉ１と同一に設定すれば、積分コンデ
ンサ２８へ流れ込む電流及び流れ出る電流成分を一定に
することができ、読み出し回路出力３３において、ＦＰ
Ｎによる出力ばらつきが生じることはない。
【００９３】この条件を実際の回路で実現するには、バ
イアス電流供給トランジスタ２４のエミッタ−ＶＤＤ間
電圧が、積分トランジスタ２２のエミッタ−ＧＮＤ間電
圧の８倍となるようにバイアス電圧２５を設定する（バ
イアス電流供給トランジスタ２４のエミッタ−ＶＤＤ間
には、垂直右部基準画素７、水平下部基準画素８、垂直
左部基準画素１０及び水平上部基準画素１１が互いに直
列に接続されるため、積分トランジスタ２２のエミッタ
−ＧＮＤ間のボロメータ抵抗値に対して、約４倍の抵抗
値であり、また、２倍の電流を流すため）。
イアス電流供給トランジスタ２４のエミッタ−ＶＤＤ間
電圧が、積分トランジスタ２２のエミッタ−ＧＮＤ間電
圧の８倍となるようにバイアス電圧２５を設定する（バ
イアス電流供給トランジスタ２４のエミッタ−ＶＤＤ間
には、垂直右部基準画素７、水平下部基準画素８、垂直
左部基準画素１０及び水平上部基準画素１１が互いに直
列に接続されるため、積分トランジスタ２２のエミッタ
−ＧＮＤ間のボロメータ抵抗値に対して、約４倍の抵抗
値であり、また、２倍の電流を流すため）。
【００９４】同様に、バイアス電流引き抜きトランジス
タ２６のエミッタ−ＧＮＤ間電圧が、積分トランジスタ
２２のエミッタ−ＧＮＤ間電圧の４倍となるようにバイ
アス電圧２７を設定する（バイアス電流引き抜きトラン
ジスタ２６のエミッタ−ＧＮＤ間には、右上部基準画素
１４、右下部基準画素１５、左下部基準画素１６及び左
上部基準画素１７が互いに直列に接続されるため、積分
トランジスタ２２のエミッタ−ＧＮＤ間のボロメータ抵
抗値に対して、約４倍の抵抗値である）。
タ２６のエミッタ−ＧＮＤ間電圧が、積分トランジスタ
２２のエミッタ−ＧＮＤ間電圧の４倍となるようにバイ
アス電圧２７を設定する（バイアス電流引き抜きトラン
ジスタ２６のエミッタ−ＧＮＤ間には、右上部基準画素
１４、右下部基準画素１５、左下部基準画素１６及び左
上部基準画素１７が互いに直列に接続されるため、積分
トランジスタ２２のエミッタ−ＧＮＤ間のボロメータ抵
抗値に対して、約４倍の抵抗値である）。
【００９５】（他の実施の形態）次に、本発明の固体撮
像素子を用いた読み出し回路の他の実施の形態について
図面を参照して説明する。
像素子を用いた読み出し回路の他の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【００９６】図５は、図１に示した固体撮像素子を用い
た読み出し回路の他の構成例を示す回路図である。
た読み出し回路の他の構成例を示す回路図である。
【００９７】図５に示すように本形態においては、垂直
右部基準画素７、水平下部基準画素８、垂直左部基準画
素１０及び水平上部基準画素１１が互いに並列に接続さ
れており、また、右上部基準画素１４、右下部基準画素
１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７も互
いに並列に接続されている。
右部基準画素７、水平下部基準画素８、垂直左部基準画
素１０及び水平上部基準画素１１が互いに並列に接続さ
れており、また、右上部基準画素１４、右下部基準画素
１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画素１７も互
いに並列に接続されている。
【００９８】上述したように、並列に接続することによ
り、図２に示した実施例と同一値の電流Ｉ２、電流Ｉ３
を流した場合、バイアス電流供給トランジスタ２４のエ
ミッタ−ＶＤＤ間抵抗値及びバイアス電流引き抜きトラ
ンジスタ２６のエミッタ−ＧＮＤ間抵抗値が、図２に示
したものに対して１／１６になるため、バイアス電流供
給トランジスタ２４のエミッタ−ＶＤＤ間の電圧及びバ
イアス電流引き抜きトランジスタ２６のエミッタ−ＧＮ
Ｄ間の電圧を１／１６に下げられること、すなわち、Ｖ
ＤＤ（バイアス電圧２５を図２に示した実施例と同一値
とした場合）及びバイアス電圧２７の低電圧化を図るこ
とができる。しかし、並列接続により、直列接続時に比
べてノイズは劣化することがある。
り、図２に示した実施例と同一値の電流Ｉ２、電流Ｉ３
を流した場合、バイアス電流供給トランジスタ２４のエ
ミッタ−ＶＤＤ間抵抗値及びバイアス電流引き抜きトラ
ンジスタ２６のエミッタ−ＧＮＤ間抵抗値が、図２に示
したものに対して１／１６になるため、バイアス電流供
給トランジスタ２４のエミッタ−ＶＤＤ間の電圧及びバ
イアス電流引き抜きトランジスタ２６のエミッタ−ＧＮ
Ｄ間の電圧を１／１６に下げられること、すなわち、Ｖ
ＤＤ（バイアス電圧２５を図２に示した実施例と同一値
とした場合）及びバイアス電圧２７の低電圧化を図るこ
とができる。しかし、並列接続により、直列接続時に比
べてノイズは劣化することがある。
【００９９】次に、ノイズ劣化について説明する。
【０１００】まず、ボロメータのジョンソンノイズＶｎ
ＲＢは、次式で定義される。
ＲＢは、次式で定義される。
【０１０１】 ＶｎＲＢ＝（４ｋＴΔｆＲ）1/2・・・（７） ここで、ｋ＝１．３８×１０-23、Ｔ＝３００Ｋ、Δ
ｆ：ノイズ帯域、Ｒ：ボロメータ抵抗値とする。
ｆ：ノイズ帯域、Ｒ：ボロメータ抵抗値とする。
【０１０２】また、バイアス電流供給トランジスタ２４
のエミッタ及びバイアス電流引き抜きトランジスタ２６
のエミッタに接続される抵抗のジョンソンノイズＶｎＲ
ｅは、次式で定義される。
のエミッタ及びバイアス電流引き抜きトランジスタ２６
のエミッタに接続される抵抗のジョンソンノイズＶｎＲ
ｅは、次式で定義される。
【０１０３】 ＶｎＲｅ＝（４ｋＴΔｆ（Ｒ2／Ｒｅ））1/2・・・（８） ここで、Ｒｅ：バイアス電流供給トランジスタ２４のエ
ミッタ及びバイアス電流引き抜きトランジスタ２６のエ
ミッタに接続される抵抗の抵抗値とする。
ミッタ及びバイアス電流引き抜きトランジスタ２６のエ
ミッタに接続される抵抗の抵抗値とする。
【０１０４】（７）式と（８）式とを比較すると、（Ｒ
／Ｒｅ）1/2の値により、ＶｎＲＢ及びＶｎＲｅの大小
関係が変化する。
／Ｒｅ）1/2の値により、ＶｎＲＢ及びＶｎＲｅの大小
関係が変化する。
【０１０５】例えば、ボロメータ１の抵抗値と前記各基
準画素の抵抗値とが等しい場合、直列接続時には、上述
したＲｅがＲの４倍となるため、バイアス電流供給トラ
ンジスタ２４のエミッタ及びバイアス電流引き抜きトラ
ンジスタ２６のエミッタに接続される抵抗のジョンソン
ノイズＶｎＲｅは、ボロメータのジョンソンノイズＶｎ
ＲＢに対し、それぞれ１／２倍になる。
準画素の抵抗値とが等しい場合、直列接続時には、上述
したＲｅがＲの４倍となるため、バイアス電流供給トラ
ンジスタ２４のエミッタ及びバイアス電流引き抜きトラ
ンジスタ２６のエミッタに接続される抵抗のジョンソン
ノイズＶｎＲｅは、ボロメータのジョンソンノイズＶｎ
ＲＢに対し、それぞれ１／２倍になる。
【０１０６】一方、並列接続の時には、上述したＲｅが
Ｒの１／４倍となり、バイアス電流供給トランジスタ２
４のエミッタ及びバイアス電流引き抜きトランジスタ２
６のエミッタに接続される抵抗のジョンソンノイズＶｎ
Ｒｅは、ボロメータのジョンソンノイズＶｎＲＢに対
し、それぞれ２倍となる。
Ｒの１／４倍となり、バイアス電流供給トランジスタ２
４のエミッタ及びバイアス電流引き抜きトランジスタ２
６のエミッタに接続される抵抗のジョンソンノイズＶｎ
Ｒｅは、ボロメータのジョンソンノイズＶｎＲＢに対
し、それぞれ２倍となる。
【０１０７】したがって、回路を撮像装置等のシステム
に適用した場合、上述したジョンソンノイズがシステム
全体としてのトータルノイズの支配的要因であると、直
列接続時に比べ並列接続時のほうがトータルノイズは大
きくなる。
に適用した場合、上述したジョンソンノイズがシステム
全体としてのトータルノイズの支配的要因であると、直
列接続時に比べ並列接続時のほうがトータルノイズは大
きくなる。
【０１０８】図２及び図５に示したものにおいては、水
平上部基準画素１１及び水平下部基準画素８のＰチャン
ネルＭＯＳＦＥＴ、並びに、右上部基準画素１４、右下
部基準画素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画
素１７の全てのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴにおいては、
常に選択されている状態（ＯＮ状態）ではあるが、有効
画素区域１９とのレイアウトパタ−ンの均一性を高める
ために配置されている。
平上部基準画素１１及び水平下部基準画素８のＰチャン
ネルＭＯＳＦＥＴ、並びに、右上部基準画素１４、右下
部基準画素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画
素１７の全てのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴにおいては、
常に選択されている状態（ＯＮ状態）ではあるが、有効
画素区域１９とのレイアウトパタ−ンの均一性を高める
ために配置されている。
【０１０９】しかし、上述したＰチャンネルＭＯＳＦＥ
Ｔ及び全てのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴにおいては、削
除した場合、有効画素区域１９とのレイアウトパタ−ン
の均一性が劣化し、その結果、前記各基準画素の抵抗値
分布と有効画素区域１９との抵抗値分布が多少異なり、
補正精度に多少の誤差が生じるが、回路動作の上で問題
ないため、削除可能である。
Ｔ及び全てのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴにおいては、削
除した場合、有効画素区域１９とのレイアウトパタ−ン
の均一性が劣化し、その結果、前記各基準画素の抵抗値
分布と有効画素区域１９との抵抗値分布が多少異なり、
補正精度に多少の誤差が生じるが、回路動作の上で問題
ないため、削除可能である。
【０１１０】上述したように、有効画素区域１９とのレ
イアウトパタ−ンの均一性を高めるために、垂直右部基
準画素７、水平下部基準画素８、垂直左部基準画素１
０、水平上部基準画素１１、右上部基準画素１４、右下
部基準画素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画
素１７においては、有効画素区域１９内のボロメータ１
及び垂直スイッチ２とできるだけ同一の構成にすること
が好ましく、さらに、上述した各基準画素の抵抗値は、
ボロメータ１の抵抗値と同一値に設計しておくことが好
ましく、さらに、ジョンソンノイズがシステム全体とし
てのトータルノイズの支配的要因である場合には、上述
した各基準画素を互いに直列に接続することが好まし
い。
イアウトパタ−ンの均一性を高めるために、垂直右部基
準画素７、水平下部基準画素８、垂直左部基準画素１
０、水平上部基準画素１１、右上部基準画素１４、右下
部基準画素１５、左下部基準画素１６及び左上部基準画
素１７においては、有効画素区域１９内のボロメータ１
及び垂直スイッチ２とできるだけ同一の構成にすること
が好ましく、さらに、上述した各基準画素の抵抗値は、
ボロメータ１の抵抗値と同一値に設計しておくことが好
ましく、さらに、ジョンソンノイズがシステム全体とし
てのトータルノイズの支配的要因である場合には、上述
した各基準画素を互いに直列に接続することが好まし
い。
【０１１１】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。
ているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０１１２】（１）固体撮像素子上にＦＰＮの基準とな
る基準検出手段が設けられているため、外部回路に各画
素のＦＰＮ情報を記録して補正を行う手段に用いられる
Ａ／Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が不要とな
り、外部回路を削減することができる。
る基準検出手段が設けられているため、外部回路に各画
素のＦＰＮ情報を記録して補正を行う手段に用いられる
Ａ／Ｄ変換器、メモリ及びＤ／Ａ変換器等が不要とな
り、外部回路を削減することができる。
【０１１３】（２）固体撮像素子上にＦＰＮの基準とな
る基準検出手段が設けられているため、外部回路によっ
てＡ／Ｄ変換器及びメモリ等を用いて各画素のＦＰＮ情
報を作成する等の複雑な演算処理が不要となる。
る基準検出手段が設けられているため、外部回路によっ
てＡ／Ｄ変換器及びメモリ等を用いて各画素のＦＰＮ情
報を作成する等の複雑な演算処理が不要となる。
【０１１４】（３）固体撮像素子からの信号を読み出す
回路にてＦＰＮ補正が行われているため、回路Ｄレンジ
を有効に活用することができ、回路の初段部分において
十分な増幅を行うことができ、後段につながる回路によ
るノイズの劣化を防ぐことができる。
回路にてＦＰＮ補正が行われているため、回路Ｄレンジ
を有効に活用することができ、回路の初段部分において
十分な増幅を行うことができ、後段につながる回路によ
るノイズの劣化を防ぐことができる。
【図１】本発明の固体撮像素子の実施の一形態を示す図
である。
である。
【図２】図１に示した固体撮像素子を用いた読み出し回
路の一構成例を示す回路図である。
路の一構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の固体撮像素子の動作を説明するための
第１の模式図である。
第１の模式図である。
【図４】本発明の固体撮像素子の動作を説明するための
第２の模式図である。
第２の模式図である。
【図５】図１に示した固体撮像素子を用いた読み出し回
路の他の構成例を示す回路図である。
路の他の構成例を示す回路図である。
【図６】従来のボロメータ型赤外線撮像素子の一例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図７】ボロメータ型赤外線撮像素子におけるボロメー
タ抵抗値の分布図の一例を示す図である。
タ抵抗値の分布図の一例を示す図である。
１ ボロメータ ２ 垂直スイッチ ３ 水平スイッチ ４ 水平シフトレジスタ ５ 垂直シフトレジスタ ６ 出力信号線 ７ 垂直右部基準画素 ８ 水平下部基準画素 ９ 水平下部基準画素用水平スイッチ １０ 垂直左部基準画素 １１ 水平上部基準画素 １２ 水平上部基準画素用水平スイッチ １３ 水平・垂直基準画素信号線 １４ 右上部基準画素 １５ 右下部基準画素 １６ 左下部基準画素 １７ 左上部基準画素 １８ 四隅画素信号線 １９ 有効画素区域 ２０ 垂直シフトレジスタの出力 ２１ 水平シフトレジスタの出力 ２２ 積分トランジスタ ２３ バイアス電圧 ２４ バイアス電流供給トランジスタ ２５ バイアス電圧 ２６ バイアス電流引き抜きトランジスタ ２７ バイアス電圧 ２８ 積分コンデンサ ２９ リセットスイッチ ３０ リセットパルス ３１ リセット電圧 ３２ ソースフォロワ ３３ 読み出し回路出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/48 G01J 1/00 - 1/60 G01V 9/04 H04N 5/33
Claims (6)
- 【請求項１】 ボロメータ及び該ボロメータの垂直方向
の選択を行う垂直スイッチからなる検出手段が半導体基
板上に２次元に配列された有効検出手段と、前記ボロメ
ータの水平方向の選択を行う水平スイッチと、前記垂直
スイッチを制御する垂直シフトレジスタと、前記水平ス
イッチを制御する水平シフトレジスタとを有してなる固
体撮像素子において、 前記有効検出手段の外周を囲むように配列され、前記検
出手段を具備し、入射赤外線に対して感度がない複数の
基準検出手段を有し、 該複数の基準検出手段の組み合わせを用いて前記有効検
出手段におけるボロメータ抵抗値の分布を得る ことを特
徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の固体撮像素子におい
て、 前記基準検出手段は、 前記有効検出手段の最上部の上側に隣接し、かつ水平方
向に配列された水平上部基準検出手段と、 前記有効検出手段の最下部の下側に隣接し、かつ水平方
向に配列された水平下部基準検出手段と、 前記有効検出手段の最右部の右側に隣接し、かつ垂直方
向に配列された垂直右部基準検出手段と、 前記有効検出手段の最左部の左側に隣接し、かつ垂直方
向に配列された垂直左部基準検出手段と、 前記有効検出手段の右上部に隣接、配置された右上部基
準検出手段と、 前記有効検出手段の右下部に隣接、配置された右下部基
準検出手段と、 前記有効検出手段の左上部に隣接、配置された左上部基
準検出手段と、 前記有効検出手段の左下部に隣接、配置された左下部基
準検出手段とを有する ことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載の固体撮像素子におい
て、前記水平上部基準検出手段と前記水平下部基準検出手段
と前記垂直右部基準検出手段と前記垂直左部基準検出手
段とは、互いに直列に接続されており、 前記右上部基準検出手段と前記右下部基準検出手段と前
記左上部基準検出手段と前記左下部基準検出手段とは、
互いに直列に接続されている ことを特徴とする固体撮像
素子。 - 【請求項４】 請求項２に記載の固体撮像素子におい
て、前記水平上部基準検出手段と前記水平下部基準検出手段
と前記垂直右部基準検出手段と前記垂直左部基準検出手
段とは、互いに並列に接続されており、 前記右上部基準検出手段と前記右下部基準検出手段と前
記左上部基準検出手段と前記左下部基準検出手段とは、
互いに並列に接続されている ことを特徴とする固体撮像
素子。 - 【請求項５】 請求項２に記載の固体撮像素子を用いた
読み出し回路であって、 エミッタが、前記有効検出手段と接続される第１のバイ
ポーラトランジスタと、 エミッタが、前記水平上部基準検出手段、前記水平下部
基準検出手段、前記垂直右部基準検出手段及び前記垂直
左部基準検出手段が接続された信号線と接続される第２
のバイポーラトランジスタと、 エミッタが、前記右上部基準検出手段、前記右下部基準
検出手段、前記左上部基準検出手段及び前記左下部基準
検出手段が接続された信号線と接続される第３のバイポ
ーラトランジスタと、 コレクタが、前記第１、第２及び第３のバイポーラトラ
ンジスタと接続される積分容量と、 該積分容量の電位を所定電位にリセットするためのリセ
ット手段とを有することを特徴とする読み出し回路。 - 【請求項６】 請求項１に記載の固体撮像素子におい
て、 前記基準検出手段は、 前記有効検出手段の最上部の上側に隣接し、かつ水平方
向に配列された水平上部基準検出手段と、前記有効検出
手段の最下部に下側に隣接し、かつ水平方向に配列され
た水平下部基準検出手段との少なくとも１つと、 前記有効検出手段の最右部の右側に隣接し、かつ垂直方
向に配列された垂直右部基準検出手段と、前記有効検出
手段の最左部の左側に隣接し、かつ垂直方向に配列され
た垂直左部基準検出手段との少なくとも１つとを有する
ことを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33298097A JP3149919B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 固体撮像素子及びこれを用いた読み出し回路 |
| US09/205,091 US6188069B1 (en) | 1997-12-03 | 1998-12-03 | Solid-state image sensing device with image pick-up bolometers for noise containing image signal and reference bolometers for estimating noise and read-out circuit for producing noise-free image signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33298097A JP3149919B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 固体撮像素子及びこれを用いた読み出し回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11166863A JPH11166863A (ja) | 1999-06-22 |
| JP3149919B2 true JP3149919B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=18260973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33298097A Expired - Fee Related JP3149919B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 固体撮像素子及びこれを用いた読み出し回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6188069B1 (ja) |
| JP (1) | JP3149919B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200101976A (ko) * | 2017-12-29 | 2020-08-28 | 플리어 시스템즈, 인크. | 동시 판독을 위해 다수 마이크로볼로미터를 선택하는 방법 및 장치 |
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| US7075079B2 (en) * | 2001-06-27 | 2006-07-11 | Wood Roland A | Sensor for dual wavelength bands |
| FR2837054B1 (fr) * | 2002-03-07 | 2004-07-02 | Sagem | Procede et dispositif de formation d'une image infrarouge de qualite amelioree |
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| FR2959013B1 (fr) * | 2010-04-16 | 2012-05-11 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a sensibilite reduite au bruit spacial |
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| FR3020735B1 (fr) * | 2014-04-30 | 2017-09-15 | Ulis | Procede de traitement d'une image infrarouge pour une correction des non uniformites |
| CN106461467B (zh) | 2014-05-30 | 2020-03-24 | 松下电器产业株式会社 | 温度传感器和使用该温度传感器的装置以及温度测定方法 |
| JP2017017467A (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | 株式会社東芝 | 積分器、ａｄ変換器、及び放射線検出装置 |
| CN110574362B (zh) | 2017-02-22 | 2022-04-05 | 泰立戴恩菲力尔有限责任公司 | 低成本且高性能测辐射热计电路和方法 |
| TW202333490A (zh) * | 2018-04-17 | 2023-08-16 | 美商歐柏西迪恩感應器公司 | 讀出電路及方法 |
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| JPH0226867U (ja) * | 1988-08-05 | 1990-02-21 | ||
| JPH0329368A (ja) * | 1989-06-26 | 1991-02-07 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JP2812537B2 (ja) | 1990-06-06 | 1998-10-22 | 日本放送協会 | Ｉｃカードシステム |
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| JP2710228B2 (ja) | 1994-08-11 | 1998-02-10 | 日本電気株式会社 | ボロメータ型赤外線検知素子、その駆動方法、および検出用積分回路 |
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