JPH11205683A - 動体検出用赤外線固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】赤外線により動体を検出する装置であって、外
部における画像処理が不要で、且つ、簡単な構成で高性
能な動体の検出が可能である動体検出用赤外線固体撮像
装置を提供する。 【解決手段】マトリクス状に配列され、入射する赤外線
輻射量に応じた電気信号を出力する画素１は、列毎に垂
直読み出し線２ａ，２ｂに接続される。垂直読み出し線
２ａ、２ｂには信号比較回路２０とビデオ信号生成回路
３０とが配置される。信号比較回路２０は、直前のフレ
ームに対する電気信号を記憶し、次に現在のフレームに
対する電気信号が入力されてこれらの値を比較して異値
信号を生成して出力する。ビデオ信号生成回路３０は、
ビデオ信号を生成して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線固体撮像装
置に関し、特に直前のフレームと現在のフレーム間の赤
外線量の変化を２値化信号として出力する赤外線固体撮
像装置に関する。

【０００２】 〔発明の詳細な説明〕

【０００３】

【従来の技術】従来より、マトリックス状に配置された
多数の画素にて画像データを得、この画像データを直前
のフレームでの値として記憶し、次いで現在のフレーム
での値を検出し、これらを互いに比較して、被写体のう
ち動体の部分を検出するようにした動き検出用画像処理
装置が公知である。

【０００４】図１４は、従来の動き検出用画像処理装置
２００を示す。この動き検出用画像処理装置２００は、
固体撮像装置２０１と、該固体撮像装置２０１によって
得られた画像データをあらわす映像信号（アナログ信
号）をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路２０２
と、該ＡＤ変換回路２０２からのディジタル信号を保存
する画像メモリ１（第１の画像メモリ）２０３及び画像
メモリ２（第２の画像メモリ）２０４と、該画像メモリ
２０３，２０４に保存されているディジタルの画像デー
タを互いに比較して動きをあらわす画像データを得る画
像処理回路２０５とで構成されている。

【０００５】即ち、この動き検出用画像処理装置２００
では、先ず、固体撮像装置２０１で得られた第１のフレ
ームにおける映像信号（アナログ信号）がＡＤ変換回路
２０２でディジタル信号に変換された後、直前のフレー
ムでの映像信号として前記第１の画像メモリ２０３に保
存される。次に、第１のフレーム（直前のフレーム）に
連続する第２のフレームで、固体撮像装置２０１によっ
て得られた映像信号（アナログ信号）がＡＤ変換回路２
０２でディジタル信号に変換された後、現在のフレーム
での映像信号として第２の画像メモリ２０４に保存され
る。

【０００６】そして、画像処理回路２０５で第１の画像
メモリ２０３に保存されているディジタル信号と、第２
の画像メモリ２０４に保存されているディジタル信号の
大きさが各画素毎に比較され、第１のフレーム（直前の
フレーム）と第２のフレーム（現在のフレーム）とで比
較されたディジタル信号の差が所定値以上となった画素
が検出される。

【０００７】この場合、第１のフレームと第２のフレー
ムは連続し、また、前記第１の画像メモリ２０３に保存
されているディジタル信号は第１のフレームにおける固
体撮像装置２０１の各画素の輝度信号に対応し、前記第
２の画像メモリ２０４に保存されているディジタル信号
は、第２のフレームにおける固体撮像装置２０１の各画
素の輝度信号に対応している。

【０００８】従って、固体撮像装置２０１の同一の画素
から各フレーム毎に出力される２つのディジタル信号を
比較することで連続した２フレーム間（直前のフレーム
と現在のフレーム）の輝度信号の差を検出し（固体撮像
装置２０１の外部での２値化）、被写体の中から変化の
みを検出することができる。そして、上記動作を繰り返
すことにより、連続して動体検出を行うことができる。

【０００９】一方、近年、赤外線を映像化することによ
り、可視光領域から得られる情報以外の物理情報を利用
する研究が盛んに行われ、様々な産業分野への応用展開
が期待されている。このように赤外線を検知する赤外線
撮像装置には、様々な方式が提案されている。このう
ち、例えば特開平８−２２２７１６には、白金シリサイ
ドを赤外線の受光部とし、転送部をＣＣＤに採用した赤
外線固体撮像装置が開示されている。これは、いわゆる
量子型と称されるもので、２次元状に配置された受光部
のバンドギャップを励起したキャリアを計測し、映像化
するものであり、既に実用化されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、赤外線の
情報を様々な分野に利用することが、近年望まれている
が、赤外線の映像による動き検出用画像処理装置は、提
案されていない。ただし、上記従来技術による動き検出
用画像処理装置と赤外線固体撮像装置を組み合わせた赤
外線の映像による動き検出用画像処理装置ならば、当業
者であるなら容易に成すことができる。即ち、図１４の
固体撮像装置２０１を赤外線固体撮像装置に置き換えれ
ば、これが可能となる。このようにすれば、動体が検出
されるばかりでなく、撮像範囲における温度変化領域な
ども観察することが可能となる（以下、赤外線映像によ
る動体検出とは、赤外線輻射量の時間的変化を検出する
ことと定義する）。

【００１１】しかしながら、このようにして赤外線映像
による動体の検出を行う場合、赤外線固体撮像装置から
映像信号（アナログ信号）を出力した後、ＡＤ変換回路
２０２でディジタル信号に変換し、その後、一旦、画像
メモリ２０３，２０４に当該ディジタル信号を保存し、
更に、斯く保存したディジタル信号を用いて赤外線固体
撮像装置の外部にある前記画像処理回路２０５で変化検
出処理（直前のフレームと現在のフレームでのディジタ
ル信号の比較）を行うこととなり、赤外線固体撮像装置
の周辺回路が複雑で、動き検出用画像処理装置２００全
体として、高価になるという問題がある。

【００１２】上記の問題を避けるために、上記した赤外
線固体撮像装置の各画素毎に直前のフレームと現在のフ
レームでの映像信号を記憶するためのメモリを設け、更
に画素毎にこのメモリに記憶された映像信号を比較する
回路を設けて、各画素毎に動体をあらわす信号を生成す
ることも考えられるが、このような手法を用いると、各
画素の構造が複雑になり、赤外線固体撮像装置の開口率
の低下や、解像度の低下を引き起こし、多画素化に応え
られないという問題があった。

【００１３】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、赤外線映像により動体を検出するに当り、
外部における画像処理（２値化処理等）が不要で、且つ
簡単な構成で高性能な変化の検出が可能である動体検出
用赤外線固体撮像装置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、請求項１に記載の変化検出用赤外線固体撮像装置
は、「マトリクス状に配列され、入射する赤外線輻射量
に応じた電気信号を出力する複数の画素と、前記複数の
画素の列毎に設けられた複数の垂直読み出し線と、前記
複数の画素の特定の行を選択して、当該画素からの電気
信号を一定のタイミングで、当該垂直読み出し線に転送
する垂直走査回路と、前記複数の垂直読み出し線上に各
々配置され、一定のタイミングで画素から前記垂直読み
出し線に出力された電気信号を直前のフレームの電気信
号として記憶すると共に、該記憶した電気信号と、次の
一定タイミングで当該画素から出力された現在のフレー
ムに対する電気信号とを比較してこれらの比較した結果
をあらわす異値信号を出力する信号比較回路と、前記複
数の垂直読み出し線から各々出力された異値信号を順次
水平読み出し線に転送する水平走査回路とを備えてい
る」ことを特徴とする。

【００１５】この構成により、赤外線映像の現在のフレ
ームに対する電気信号と直前のフレームに対する電気信
号を複数の垂直読み出し線毎に設けられた信号比較回路
で比較することができ、赤外線による動体変化を表す異
値信号を容易に生成できる。また、異値信号は２値化さ
れて垂直読み出し線から水平読み出し線を介して出力端
子まで伝わることになるので、アナログ信号に比べて雑
音の影響が小さくなる。

【００１６】また、請求項２に記載の発明は「マトリク
ス状に配列され、入射する赤外線輻射量に応じた電気信
号を出力する複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設
けられた複数の垂直読み出し線と、前記複数の画素の特
定の行を選択して、当該画素からの電気信号を一定のタ
イミングで、当該垂直読み出し線に転送する垂直走査回
路と、前記複数の垂直読み出し線上に各々配置され、一
定のタイミングで画素から前記垂直読み出し線に出力さ
れた電気信号を直前のフレームの電気信号として記憶す
ると共に、該記憶した電気信号と、次の一定タイミング
で当該画素から出力された現在のフレームに対する電気
信号とを比較してこれらの比較した結果をあらわす異値
信号を出力する信号比較回路と、前記複数の垂直読み出
し線上に各々配置され、一定のタイミングで当該画素か
ら前記垂直読み出し線に出力される現在のフレームに対
する電気信号に基づいて赤外線映像信号を生成し、出力
するビデオ信号生成回路と、前記信号比較回路から、前
記複数の垂直読み出し線の各々に対応して出力される前
記比較した結果をあらわす異値信号を、順次、第１の水
平読み出し線に転送する第１の水平走査回路と、前記ビ
デオ信号生成回路から、前記複数の垂直読み出し線の各
々に対応して出力される前記赤外線映像信号を、順次、
第２の水平読み出し線に転送する第２の水平走査回路と
を備えている」ことを特徴とする。

【００１７】この構成により、請求項１と同様な作用が
得られる他、垂直読み出し線にビデオ信号生成回路が設
けられているので、前記異値信号と同時に赤外線映像信
号であるビデオ信号を外部に出力することが可能とな
る。また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請
求項２のいずれかに記載の動体検出用赤外線固体撮像装
置において「前記画素は、入射する赤外線輻射量に応じ
た電荷を生成し蓄積する光電変換部と、当該光電変換部
から出力される赤外線輻射量に応じた電荷が転送されて
これを保持する電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電
荷蓄積部とを電気的に接続／分離する転送用トランジス
タと、前記電荷蓄積部に保持された電荷に応じた電気信
号を生成し、そのゲートが前記電荷蓄積部の一部をなす
増幅用トランジスタと、当該画素の前記増幅用トランジ
スタと前記垂直読み出し線とを接続／分離する画素分離
用トランジスタと、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を
当該画素の外部に放出するために前記電荷蓄積部と接続
され、これにリセットするための電源電圧を供給するリ
セット用トランジスタとを備える」ことを特徴とする。

【００１８】この構成により、１つのフレームの間に光
電変換部にて生成・蓄積された入射した赤外線輻射量に
応じた電荷が、該光電変換部と電気的に分離された電荷
蓄積部に転送された後保持され、該保持された電荷に基
づいて、直前のフレームに対する電気信号と現在のフレ
ームに対する電気信号の２つの信号を得ることができ
る。

【００１９】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載された動体検出用赤外線固体撮像装置において
「前記光電変換部は、白金シリサイドとＰ型シリコンと
のショットキー接合による赤外線用フォトダイオードで
ある」ことを特徴とする。請求項４に記載の動体検出用
赤外線固体撮像装置によれば、光電変換部に白金シリサ
イドとＰ型シリコンとのショットキー接合を用いるの
で、赤外線感度の高い動体検出用赤外線固体撮像装置を
提供できる。また、シリサイド物質はシリコン半導体プ
ロセスとなじみが良いため、特段の製造プロセスの変更
なしに、広く採用されているシリコン半導体プロセスで
動体検出用赤外線固体撮像装置を製造することができ
る。

【００２０】また、請求項５に記載の発明は、請求項３
または請求項４のいずれかに記載の動体検出用赤外線固
体撮像装置において「前記画素は、前記光電変換部と接
続されてこれをリセットするための電源電圧を供給する
第２のリセット用トランジスタをさらに有する」ことを
特徴とする。請求項５に記載の動体検出用赤外線固体撮
像装置によれば、第２のリセット用トランジスタを光電
変換部と接続し、該光電変換部に電源電圧を供給するよ
うにしたので、電荷蓄積部（増幅用トランジスタのゲー
トを含む）のリセットと光電変換部のリセットを個別に
行うことができる。よって、光電変換部のリセット（プ
リチャージ）を十分に行うことができ、例え光電変換部
に電荷が残留していても残像等の発生の無い良好な画像
を得ることができる。

【００２１】また、光電変換部のリセットを十分に行え
るので、光電変換部のバイアス電圧が増大する。一般に
知られるように、ショットキー接合型赤外線受光部は、
バイアス電圧が高いほど感度が向上する。よって、請求
項５の構成により、光電変換部は、赤外線に対する感度
が向上する。さらに、光電変換部と電荷蓄積部のリセッ
トを別個に行えるので、光電変換部での光電変換時間
を、１フレーム時間から光電変換部から前記電荷蓄積部
への信号読み出し時間を差し引いた時間内で任意に変え
ることができ、いわゆる電子シャッター動作を容易に実
現できる。

【００２２】また、請求項６に記載の発明は、請求項３
または請求項４のいずれかに記載の動体検出用赤外線固
体撮像装置において「前記光電変換部と前記転送用トラ
ンジスタの間に接続され、且つ、前記光電変換部と前記
リセット用トランジスタの間に接続される第２の転送用
トランジスタを前記画素にさらに有する」ことを特徴と
する。

【００２３】この構成により、請求項５に記載の発明と
同様に電荷蓄積部と光電変換部のリセットを個別に行う
ことが可能となる。即ち、リセット用トランジスタと第
１の転送用トランジスタを同時にオンすることにより、
電荷蓄積部をリセットすることができ、また、第１の転
送用トランジスタと第２の転送用トランジスタを同時に
オンにすることで、光電変換部をリセットすることがで
きる。このため、光電変換部のリセットを十分に行え、
また、光電変換部の赤外線に対する感度が向上し、さら
に、電子シャッターの動作が可能となる。

【００２４】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
から請求項６のいずれかに記載の動体検出用赤外線固体
撮像装置において「前記信号比較回路は、前記直前のフ
レームに対する電気信号を記憶する第１の異値化用コン
デンサと、前記現在のフレームに対する電気信号を記憶
する第２の異値化用コンデンサとを備え、前記第１の異
値化用コンデンサに記憶された前記直前のフレームに対
する電気信号と前記第２の異値化用コンデンサに記憶さ
れた前記現在のフレームに対する電気信号との差分の大
きさが所定値以上のときに、論理ローレベルまたは論理
ハイレベルを示す信号を出力する」ことを特徴とする。

【００２５】請求項７に記載の動体検出用赤外線固体撮
像装置によれば、当該画素からの順次出力される電気信
号を直前のフレームに対する電気信号または現在のフレ
ームに対する電気信号として、垂直読み出し線上に配置
された第１の異値化用コンデンサまたは第２の異値化用
コンデンサに各々記憶させて、該記憶させた信号を互い
に比較するだけで動体を表す異値信号を得ることが可能
となる。

【００２６】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
から請求項６のいずれかに記載の動体検出用赤外線固体
撮像装置において「前記信号比較回路は、２つの入力端
子を有する２値化回路と、該２値化回路の一方の入力端
子に接続された第１のサンプルホールド回路と、該２値
化回路の他方の入力端子に接続された第２のサンプルホ
ールド回路とを備え、前記第１のサンプルホールド回路
を用いて、前記現在のフレームに対する電気信号の値と
前記直前のフレームに対する電気信号の値とに対する差
分が、第１の所定値より高いときに論理ハイレベルまた
は論理ローレベルを示す信号を出力し、前記第２のサン
プルホールド回路を用いて、前記現在のフレームに対す
る電気信号の値と前記直前のフレームに対する電気信号
の値とに対する差分が、第２の所定値より高いときに論
理ハイレベルまたは論理ローレベルを示す信号を出力す
る」ことを特徴とする。

【００２７】請求項８に記載の動体検出用赤外線固体撮
像装置によれば、第１のサンプルホールド回路にホール
ドされる値を直前のフレームに対する電気信号と第１の
所定値とし、第２のサンプルホールド回路にホールドさ
れる値を直前のフレームに対する電気信号と第２の所定
値に変更できるので、現在のフレームに対する出来信号
と直前のフレームに対する電気信号との大小関係の判別
に用いるしきい値を自在に設定できる。

【００２８】また、請求項９に記載の発明は、請求項３
に記載の動体検出用赤外線固体撮像装置において「前記
ビデオ信号生成回路は、前記リセット用トランジスタに
より前記増幅用トランジスタのゲートが前記電源電圧を
供給されてリセット動作が行われたときに該電源電圧に
応じて出力される暗出力信号と、前記リセット動作後に
前記転送用トランジスタによって前記光電変換部からの
電荷が前記増幅用トランジスタのゲートに転送されたと
きに画素より出力される電気信号との差を現在のフレー
ムにおけるビデオ信号として生成する」ことを特徴とす
る。

【００２９】請求項９に記載の動体検出用赤外線固体撮
像装置によれば、当該画素をリセットした後の暗出力
と、該暗出力を含んだ現在のフレームに対する電気信号
の差分のビデオ信号を出力するので、当該暗出力を除去
したビデオ信号を出力することが可能となる。

【００３０】 〔発明の詳細な説明〕

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について、図１〜図６を用いて説明す
る。図１は、第１の実施形態の動体検出用赤外線固体撮
像装置１０の概略構成を示す模式回路図である。尚、図
１には、説明を簡単にするために、４つの画素１，１，
１，１がマトリクス状に配置された動体検出用赤外線固
体撮像装置１０を示している。

【００３２】先ず、この動体検出用赤外線固体撮像装置
１０の概略について説明する。動体検出用赤外線固体撮
像装置１０は、上記のように画素１，１，１，１がマト
リックス状に配列され、各列の画素１，１…が対応する
垂直読み出し線２ａ，２ｂに接続されている。また、画
素１，１…には、特定の行を選択して、当該画素１，
１，…からの赤外線輻射量に応じた電気信号を一定のタ
イミングで、対応する垂直読み出し線２ａ，２ｂに転送
するための垂直走査回路６が、クロックライン３ａ，３
ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ等を介して接続されてい
る。

【００３３】また、各列毎に設けられた前記垂直読み出
し線２ａ，２ｂには、異値検出回路（信号比較回路）２
０を介してシフトレジスタ１３が接続されると共に、ビ
デオ信号生成回路３０を介して水平走査回路３５が接続
されている。このうち異値検出回路（信号比較回路）２
０は、各垂直読み出し線２ａ，２ｂに各々配置された回
路部２０Ａ，２０Ｂによって構成されている。この異値
検出回路２０は、一定のタイミングで各画素１，１…か
ら各々の垂直読み出し線２ａ，２ｂに入射する赤外線輻
射量に応じた電気信号が出力されたとき、その電気信号
を直前のフレームに対する電気信号として記憶すると共
に、該記憶した電気信号と、次の一定タイミングで同じ
画素１，１…から出力された現在のフレームに対する電
気信号とを比較し、これら比較した結果をあらわす信号
（異値信号）を出力するものである。

【００３４】この異値検出回路２０から出力された異値
信号は、シフトレジスタ（第１の水平走査回路）１３の
働きによって、順次、水平読み出し線（第１の水平読み
出し線）１２に転送され、その後、出力端子ＶＯから出
力される。また、ビデオ信号生成回路３０は、各垂直読
み出し線２ａ，２ｂに各々配置された回路部３０Ａ，３
０Ｂとによって構成されている。このビデオ信号生成回
路３０は、一定のタイミングで各画素１，１…から各々
の垂直読み出し線２ａ，２ｂに入射する赤外線輻射量に
応じた電気信号が出力されたとき、その電気信号から暗
電流成分を差し引いた信号を現在のフレームにおけるビ
デオ信号として出力するものである。

【００３５】このビデオ信号生成回路６０から出力され
たビデオ信号は、第２の水平走査回路３５の働きによっ
て、順次、水平読み出し線（第２の水平読み出し線）３
４に転送され、その後、出力バッファアンプ３７を介し
て出力端子Ａｏから出力される。次に、動体検出用赤外
線固体撮像装置１０の各画素１，１，１，１の具体的な
回路構成、並びに垂直読み出し線２ａ，２ｂ、クロック
ライン３ａ，３ｂ，…等との接続関係について、図１及
び図６を参照しながら説明する。

【００３６】図１に示すように、画素１は、入射する赤
外線の輻射量に応じた電荷を生成・蓄積する赤外線用フ
ォトダイオード（光電変換部）ＰＤと、ゲートに供給さ
れた電荷に応じてそのソース・ドレイン間に入射する赤
外線輻射量に応じたアナログ信号を出力する増幅用トラ
ンジスタＱＡと、前記赤外線用フォトダイオードＰＤで
生成・蓄積された電荷を増幅用トランジスタＱＡのゲー
トに転送するためのｎチャネル型の転送用ＭＯＳトラン
ジスタＱＴと、前記増幅用トランジスタＱＡのゲートの
電荷をリセットするためのｎチャネル型のリセット用Ｍ
ＯＳトランジスタＱＲ１と、増幅用トランジスタＱＡと
当該垂直読み出し線２ａ，２ｂの間に設けられて増幅用
トランジスタＱＡのソースと当該垂直読み出し線２ａま
たは２ｂを分離／接続するｎチャネル型の画素分離用Ｍ
ＯＳトランジスタＱＸとによって構成されている。

【００３７】図６は、赤外線用フォトダイオードＰＤ及
び転送用ＭＯＳトランジスタＱＴの構造を示す断面図で
ある。赤外線用フォトダイオードＰＤは、Ｐ型のシリコ
ン基板６１と白金シリサイド層６２とのショットキー接
合によって構成される。Ｐ型シリコン基板６１と白金シ
リサイド層６２との組み合わせによるショットキー接合
は、Ｎ型シリコン基板と白金シリサイド層との組み合わ
せよりもバンドギャップが狭い。よって、より長い波長
の赤外線まで検出可能となる。

【００３８】白金シリサイド層６２は、数十オングスト
ローム程度と非常に薄いため、赤外線用フォトダイオー
ドＰＤの周縁において電界が集中してしまう。その結
果、白金シリサイド層６２とシリコン基板６１との接合
耐圧は、極めて低い値となる。接合耐圧が低いと、赤外
線用フォトダイオードＰＤ部における暗電流の増加を抑
えることができない。そこで、接合耐圧を高めるため
に、当該ショットキー接合の周囲を取り囲むようにガー
ドリング６３が設けられている。ガードリング６３は、
シリコン基板６１とは逆導電型であるＮ型の不純物をシ
リコン基板６１に拡散したものである。ガードリング６
３の周縁では拡散領域の曲率が緩やかであり、前記電界
の集中を防ぐことが可能となる。

【００３９】赤外線６４は、図６のようにシリコン基板
の裏面（図の下方）から入射する。そして、赤外線用フ
ォトダイオードＰＤに入射して光電変換され信号電荷を
生じ、蓄積される。しかし、このとき光電変換される赤
外線は、入射する成分の一部であり、残りの赤外線は赤
外線用フォトダイオードＰＤを透過する。そこで、アル
ミニウム膜による反射膜６５を配置させる。反射膜６５
は、透過した赤外線を反射させ再度赤外線用フォトダイ
オードＰＤに入射させる。白金シリサイド層６２と反射
膜６５の間は、絶縁膜としてシリコン酸化膜６６が配置
される。その膜厚ｄをｄ＝λ／４ｎ（λは入射波長、ｎ
は絶縁膜の屈折率。シリコン酸化膜は１．４５）とすれ
ば、赤外線強度は、定在波効果により最も強くなる。こ
こでは、入射波長を４ミクロンと定め、上式により膜厚
ｄを０．６８ミクロンとしている。

【００４０】なお、本実施形態では、赤外線用フォトダ
イオードＰＤにおけるショットキー接合をＰ型シリコン
基板６１と白金シリサイド層６２との組み合わせで示し
た。しかし、これに限られるものではく、例えば、ニッ
ケルシリサイドやチタンシリサイドとシリコン基板との
ショットキー接合でも構わない。これらの組み合わせな
らば、電子冷却程度の冷却温度でも赤外線を検出できる
ため、よりコンパクトなシステムを構築することが可能
となる。

【００４１】赤外線用フォトダイオードＰＤに隣接して
転送用ＭＯＳトランジスタＱＴが配置される。これは、
ガードリング６３をソース、ｎ拡散部をドレイン６９、
ポリシリコン膜をゲート６７とするスイッチトランジス
タである。この転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオン状
態になる電圧をゲート６７に印加させると、赤外線用フ
ォトダイオードＰＤで生じて蓄積された信号電荷がガー
ドリング６３（ソース）からドレイン６９に転送され、
配線６８を介して増幅用トランジスタＱＡのゲートに送
られる。

【００４２】画素１内に配置されるＭＯＳトランジスタ
は、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴに限らずすべてｎチ
ャネル型である。本装置は、上記のようにＰ型シリコン
基板を使用する。ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタに
すれば、ソース、ドレインとなる領域にＮ型不純物を拡
散すれば良く、開口率が向上する。仮に、ｐチャネル型
のＭＯＳを採用するなら、ｎ型不純物拡散によるｎウエ
ルを作成し、その中にｐチャネル型のＭＯＳトランジス
タを配置させることになる。よって、トランジスタの占
める領域が増大し、開口率が低下してしまう。

【００４３】このように構成された画素１においては、
赤外線用フォトダイオードＰＤからの入射した赤外線の
輻射量に応じた信号（信号電荷）が増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに供給されてそのソースホロワ動作によっ
て電流増幅され、その後、この電気信号が、各々対応す
る垂直読み出し線２ａ，２ｂ（図１参照）に読み出され
る。

【００４４】ところで、増幅用トランジスタＱＡのゲー
トは、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴのソース・ドレイ
ンを形成する拡散領域と接続されている。そして、これ
らのトランジスタの間には増幅用トランジスタＱＡのゲ
ート容量、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴの拡散容量、
及び配線容量が寄生容量として存在する。これらの寄生
容量の総和を以下「電荷蓄積部ＣＳ１」と称す。よっ
て、赤外線用フォトダイオードＰＤで生じて蓄積された
信号電荷は、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオンされ
ると、実際には増幅用トランジスタＱＡのゲートではな
く、該ゲートを含んだ電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される。
なお、本実施形態では、上記の寄生容量の総和のみを電
荷蓄積部に使用するが、容量値が不足するなら新たにコ
ンデンサを作り込んでもよい。

【００４５】また、電荷蓄積部ＣＳ１は、転送用ＭＯＳ
トランジスタＱＴがオフの場合、赤外線用フォトダイオ
ードＰＤから電気的に分離されているので、一旦、この
電荷蓄積部に転送され蓄積された電荷（電気信号）は、
その転送動作の終了の後あらたに赤外線用フォトダイオ
ードＰＤにて生成される電荷と混ざりあうことがない。

【００４６】また、画素１では、上記した各増幅用トラ
ンジスタＱＡのソースは、画素分離用ＭＯＳトランジス
タＱＸを介して、各列毎に配置された垂直読み出し線２
ａまたは２ｂに共通に接続されている。また、各増幅用
トランジスタＱＡのドレイン及び赤外線用フォトダイオ
ードＰＤのアノード側には電源電圧（グランドあるいは
最低電位の電源）が接続されている。また、赤外線用フ
ォトダイオードＰＤのカソード側と当該増幅用トランジ
スタＱＡのゲートには、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
のソース・ドレインが接続されている。また、転送用Ｍ
ＯＳトランジスタＱＴの転送用ゲートは、各行毎に配置
されたクロックライン３ａ，３ｂに共通接続されてい
る。また、リセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１のドレ
インには、電源電圧ＶＲＤが接続されている。また、リ
セット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１のゲートは、各行毎
に配置されたクロックライン４ａ，４ｂに共通に接続さ
れ、そのソースは、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴのド
レインと共有になっている。また、画素分離用ＭＯＳト
ランジスタＱＸのゲートは、各行毎に配置されたクロッ
クライン５ａ，５ｂに共通接続されている。

【００４７】このように各要素が互いに接続された画素
１では、クロックライン３ａ，３ｂに接続された垂直走
査回路６から送出される駆動パルスφＴＧ１，φＴＧ２
が与えられると、駆動パルスφＴＧ１，φＴＧ２のレベ
ルに応じて、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴが各行毎に
順次動作する。また、前記リセット用ＭＯＳトランジス
タＱＲ１は、そのゲートに前記垂直走査回路６から駆動
パルスφＲＧ１，φＲＧ２が与えられると、この駆動パ
ルスφＲＧ１，φＲＧ２のレベルに応じて動作する。

【００４８】また、画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸ
は、そのゲートに与えられる前記垂直走査回路６からの
駆動パルスφＰＸ１，φＰＸ２のレベルに応じて、各行
毎に順次動作する。次に、前記垂直読み出し線２ａ，２
ｂの途中に、各列毎に配置された異値検出回路（信号比
較回路）２０とシフトレジスタ（第１の水平走査回路）
１３との関係、及び、ビデオ信号生成回路３０と第２の
水平走査回路３５について、図１を用いて説明する。

【００４９】異値検出回路２０は、前述したように各垂
直読み出し線２ａ，２ｂ毎に配置された回路部２０Ａ，
２０Ｂとによって構成され、各回路部２０Ａ，２０Ｂの
出力は、各列毎にそれぞれシフトレジスタ（第１の水平
走査回路）１３の対応するビットのレジスタ（図１には
現れていない。）に接続されている。尚、レジスタは例
えばフリップフロップ回路によって構成される。

【００５０】この場合、異値検出回路２０の第１列目
（垂直読み出し線２ａ上）の回路部２０Ａの出力は、選
択信号ライン１４ａを介してシフトレジスタ１３の第１
ビット目のレジスタのデータ入力端子Ｑ１に接続され、
第２列目（垂直読み出し線２ｂ上）の回路部２０Ｂの出
力は、選択信号ライン１４ｂを介してシフトレジスタ１
３の第２ビット目のレジスタのデータ入力端子Ｑ２に接
続されている。

【００５１】この異値検出回路２０は、各列毎に共通
に、クロックライン８ａ及びクロックライン９ａを介し
て、駆動パルス発生回路（図示省略）側のノード８及び
９にそれぞれ接続され、駆動パルス発生回路から供給さ
れる駆動パルスφＳＡ、φＳＢのレベルが変化するタイ
ミングに応じて、異値信号（ディジタル信号）を出力す
る。

【００５２】また、シフトレジスタ１３は、そのロード
信号入力端子ＬＤが、クロックライン１１ａを介して駆
動パルス発生回路（図示省略）側のノード１１に接続さ
れている。また、そのクロック信号入力端子ＣＫは、ク
ロックライン１５ａを介して駆動パルス発生回路（図示
省略）側のノード１５に接続されている。また、シフト
レジスタ１３の出力は、水平読み出し線１２を介して出
力端子ＶＯに接続されている。

【００５３】このシフトレジスタ１３は、そのロード信
号入力端子ＬＤに入力される駆動パルスφＬＤに応じた
タイミングで、前記異値検出回路２０から各データ入力
端子Ｑ１，Ｑ２に入力される信号（異値信号）が、それ
ぞれ対応するレジスタに記憶される。そして、シフトレ
ジスタ１３のクロック信号入力端子ＣＫに入力されるク
ロックパルスφＣＫのレベルに応じて各ビットのレジス
タに記憶されているデータが、それぞれ１ビットずつ隣
のレジスタにシフトされ、その後、読み出し線１２を介
して、出力端子ＶＯから順次出力される。

【００５４】このときシフトレジスタ１３から出力され
た信号は、各レジスタに記憶された信号（異値検出回路
２０で生成された異値信号）である。また、ビデオ信号
生成回路３０は、前述したように各垂直読み出し線２
ａ，２ｂ毎に配置された回路部３０Ａ，３０Ｂとによっ
て構成され、各回路部３０Ａ，３０Ｂの出力は、選択信
号ライン３８ａ，３８ｂ、更には、ｎチャンネル型の水
平読み出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタ（スイッチ回
路）ＱＨ１，ＱＨ２を介して第２の水平読み出し線３４
に接続されている。

【００５５】このビデオ信号生成回路３０は、クロック
ライン３２ａを介して、駆動パルス発生回路（図示省
略）側のノード３２に共通接続され、駆動パルス発生回
路からクロックライン３２ａを介して供給される駆動パ
ルスφＶのレベルに応じて、その出力信号としてビデオ
信号（アナログ信号）が出力されるようになっている。
このビデオ信号生成回路３０から出力されるビデオ信号
は、暗電流により生じる暗出力信号と画素１で入射する
赤外線輻射量に応じて生成された電気信号との差、すな
わち差分のビデオ信号である。

【００５６】このビデオ信号生成回路３０は、その出力
が、水平読み出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ
１，ＱＨ２を介して、各列毎に水平走査回路（第２の信
号転送回路）３５に接続されている。そして、水平読み
出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１，ＱＨ２の各
ゲートに、水平選択信号ライン３３ａ，３３ｂを介して
水平走査回路３５から駆動パルスφＨ１，φＨ２が供給
されると、これら駆動パルスφＨ１，φＨ２のレベルに
応じて、ビデオ信号生成回路３０で生成されたビデオ信
号が第２の水平読み出し線３４に転送される（水平読み
出し制御）。このとき、第２の水平読み出し線３４に読
み出されたビデオ信号は、出力バッファアンプ３７を介
して、出力端子Ａｏから順次出力される。

【００５７】なお、第２の水平読み出し線３４には、ソ
ースが接地された出力線用リセットスイッチ（ｎチャン
ネル型ＭＯＳトランジスタ）ＱＲＳＨのドレインが接続
されている。そして、該出力線用リセットスイッチＱＲ
ＳＨのゲートに、ノード３６よりクロックライン３６ａ
を介して、駆動パルス発生回路（図示省略）からリセッ
ト用の駆動パルスφＲＳＨが出力されたとき、第２の水
平読み出し線３４に残留した電荷の排出（リセット）動
作が行われる。

【００５８】上記のように、異値検出回路２０とビデオ
信号生成回路３０が配置された垂直読み出し線２ａ，２
ｂには、更に、各列毎に、垂直線用リセットスイッチ
（ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ）ＱＲＳＶ１，ＱＲ
ＳＶ２のドレインと、各定電流源１７ａ，１７ｂとが接
続されている。この場合、垂直線用リセットスイッチＱ
ＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２のソースは接地され、各定電流源
１７ａ，１７ｂにはグランド（あるいは最低電位）が供
給されている。そして、垂直線用リセットスイッチＱＲ
ＳＶ１，ＱＲＳＶ２のゲートに、ノード１６及びクロッ
クライン１６ａを介して、駆動パルス発生回路（図示省
略）から供給される駆動パルスφＲＳＶのレベルに応じ
て、これら垂直線用リセットスイッチＱＲＳＶ１，ＱＲ
ＳＶ２が動作するようになっている。

【００５９】次に、上記した異値検出回路２０の具体的
な構成について、図２を用いて説明する。尚、図２は、
図１に示す異値検出回路２０のうち、垂直読み出し線２
ａに接続された回路部２０Ａを示す回路図である。この
実施形態では、異値検出器ＸＡが異値信号を出力する。
すなわち、異値検出部ＸＡは、同図に示すように、垂直
読み出し線２ａから分岐された読み出し線２ａ−１，２
ａ−２に各々配置された２つの電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ
２と、論理和演算器ＯＲとによって構成されている。

【００６０】ここで、前記電圧比較器ＡＰ１は、その非
反転入力端子に、読み出し線２ａ−１及びこれに接続さ
れた前記第１の異値化用コンデンサＣＲの一方の端子が
接続され、その反転入力端子に、前記した読み出し線２
ａ−２及びこれに接続された前記第２の異値化用コンデ
ンサＣＳの一方の端子が接続されている。また、前記電
圧比較器ＡＰ２は、その非反転入力端子に、読み出し線
２ａ−２及びこれに接続された前記第２の異値化用コン
デンサＣＳの一方の端子が接続され、その反転入力端子
に、前記した読み出し線２ａ−１及びこれに接続された
前記第１の異値化用コンデンサＣＲの一方の端子が接続
されている。

【００６１】そして、前記した２つの電圧比較器ＡＰ
１，ＡＰ２の出力は、共に、論理和演算器ＯＲの２つの
入力端子に接続され、該論理和演算器ＯＲの出力が異値
検出回路２０の出力となって、選択信号ライン１４ａに
接続されている。また、読み出し線２ａ−１，２ａ−２
には、各々、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第１のス
イッチ回路）ＱＲ，スイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第
２のスイッチ回路）ＱＳが配置され、これらスイッチ用
ＭＯＳトランジスタＱＲ，ＱＳのゲートに、図外の駆動
パルス発生回路（電荷蓄積制御回路）から前記クロック
ライン８ａ及びクロックライン９ａを介して、駆動パル
スφＳＡ、φＳＢが供給される。従って、この駆動パル
スφＳＡ、φＳＢのレベルが変化するタイミングに応じ
て、各画素１，１…からの入射する赤外線輻射量に応じ
た電気信号（信号電荷）が、異なるタイミングで、第１
の異値化用コンデンサＣＲ、第２の異値化用コンデンサ
ＣＳに各々蓄積される。

【００６２】次に、垂直読み出し線２ａ，２ｂに配置さ
れたビデオ信号生成回路３０の構成について、図３を用
いて説明する。尚、図３は、図１に示すビデオ信号生成
回路３０のうち、垂直読み出し線２ａに接続された回路
部３０Ａを示す回路図である。ビデオ信号生成回路３０
は、同図に示すように、ホールド容量ＣＶと、サンプル
ホールド切り替え用のスイッチ用ＭＯＳトランジスタ
（ｎチャネル型）ＱＶによって構成されている。

【００６３】ホール容量ＣＶの一方の電極ＣＶＡは、垂
直読み出し線２ａに接続され、他方の電極ＣＶＢはスイ
ッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶを介して電源に接続され
ると共に、ビデオ信号生成回路３０の出力となってい
る。この場合、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶのゲ
ートには、クロックライン３２ａが接続されている。ま
た、ビデオ信号生成回路３０の出力となる電極ＣＶＢ
は、選択信号ライン３８ａ、更には水平読み出しスイッ
チ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１を介して、第２の水平読
み出し線３４に接続されている。

【００６４】このように構成されたビデオ信号生成回路
３０では、クロックライン３２ａを介して、サンプルホ
ールド切り替え用のスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶ
のゲートに駆動パルスφＶが供給されたとき、該駆動パ
ルスφＶが変化するタイミングに応じて、ビデオ信号
（アナログ信号）が出力される。次に、上記構成の動体
検出用赤外線固体撮像装置１０の動作について、図４に
示すタイミングチャートに従って説明する。

【００６５】尚、図４には、一定のタイミング毎に入射
する赤外線輻射量を検知する１つの画素１が、連続した
２フレーム、即ち第Ｎ−１フレーム（直前のフレー
ム）、第Ｎフレーム（現在のフレーム）で赤外線輻射量
を検出して、その読み出し動作を行う場合を示してい
る。また、マトリックス状に配置された画素１，１，
１，１のうち同一の行の画素１，１の読み出し動作は同
じである。ここで、図４の第Ｎ−１フレームまたは第Ｎ
フレームの期間ｔ１０〜ｔ１６が第１行目の画素１の読
み出し動作を、期間ｔ２０〜ｔ２６が、第２行目の画素
１の読み出し動作を各々示している。

【００６６】以下、第Ｎフレーム（現在のフレーム）に
おける第１行目の画素１の読み出し動作を中心に説明す
る。従って、図４のタイミングチャートの第Ｎフレーム
の期間ｔ１０に至ったときから説明する。尚、第Ｎ−１
フレームにおける読み出し動作は、以下に説明する第Ｎ
フレームにおける読み出し動作と同じである。第Ｎフレ
ームでの期間ｔ１０に至る直前（第Ｎ−１フレームの期
間ｔ２６最後）、すべての駆動パルス、すなわち、φＴ
Ｇ１，ＴＧ２，φＰＸ１，φＰＸ２，φＲＧ１，φＲＧ
２，φＲＳＶ，φＳＡ，φＳＢ、φＬＤ，φＣＫ，φ
Ｖ，φＨ１，φＨ２，φＲＳＨはローレベルに保持され
ている。

【００６７】特に、期間ｔ１０に至る前、駆動パルスφ
ＴＧ１，φＴＧ２がローレベルのため各画素１，１…の
転送用ＭＯＳトランジスタＱＴはオフとなり、駆動パル
スφＲＧ１，φＲＧ２がローレベルのため各画素１，１
…のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１はオフとなっ
ている。従って、このとき増幅用トランジスタＱＡのゲ
ートはフローティング状態とされるが、寄生容量（電荷
蓄積部ＣＳ１）の効果により、すでに直前の第Ｎ−１フ
レームで転送用ＭＯＳトランジスタＱＴを介して各増幅
用トランジスタＱＡのゲートに転送された入射する赤外
線輻射量に応じた電荷（第１の信号電荷）は、当該転送
用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフとなった後も各増幅用
トランジスタＱＡのゲートに保持された状態となってい
る。なお、増幅用トランジスタＱＡは、そのゲートに蓄
積された電荷が残っている間（リセットされるまでの期
間）に画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸがオンになる
と、ソースホロワ動作によりそのゲート電圧に応じた電
気信号を出力する。

【００６８】尚、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフ
となった後は、各赤外線用フォトダイオードＰＤでは、
新たに入射する赤外線輻射量に応じた電荷（第２の信号
電荷）が生成・蓄積される。このときの第１の信号電荷
が、赤外線用フォトダイオードＰＤにて生成・蓄積され
た第Ｎ−１フレーム（直前のフレーム）における赤外線
輻射量に応じた電荷であり、第２の信号電荷が赤外線用
フォトダイオードＰＤにて生成・蓄積された第Ｎフレー
ム（現在のフレーム）における赤外線輻射量に応じた電
荷となる。

【００６９】また、期間ｔ１０に至る前、駆動パルスφ
ＰＸ１，φＰＸ２が共にローレベルのため第１行目，第
２行目の画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸは共にオフ
となっており、画素１，…はすべて垂直読み出し線２
ａ，２ｂから分離された状態となっている。またこのと
き、駆動パルスφＲＳＶがローレベルのため垂直線用リ
セットスイッチＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２は共にオフとな
っている。

【００７０】また、駆動パルスφＳＡ，φＳＢが共にロ
ーレベルのため異値検出回路２０内のスイッチ用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ，ＱＳは共にオフとなって、垂直読み
出し線２ａ，２ｂ上の電気信号が、第１，第２の異値化
用コンデンサＣＲ，ＣＳに供給されないようになってい
る（図２）。また、駆動パルスφＬＤがローレベルのた
め、シフトレジスタ１３の各ビットに対応したレジスタ
には信号が入力されないようになっている。

【００７１】期間ｔ１０に至ると、駆動パルスφＲＳＶ
がローレベルからハイレベルに反転され、垂直線用リセ
ットスイッチＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２がオンとなって、
垂直読み出し線２ａ，２ｂに各々残留していた電荷が排
出される。そして、期間ｔ１０の終了時、即ち、期間ｔ
１１の開始時、駆動パルスφＲＳＶがローレベルに反転
され、垂直線用リセットスイッチＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ
２がオフとなる。また、駆動パルスφＳＡがハイレベル
に反転することによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタ
ＱＲがオンとなる。なお、このときスイッチ用ＭＯＳト
ランジスタＱＳはオフのままとなっている。

【００７２】また、この期間ｔ１１では、駆動パルスφ
ＰＸ１がハイレベルに反転され、第１行目の各画素１の
画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸがオンとなって、当
該増幅用トランジスタＱＡは、ソースが当該垂直読み出
し線２ａ，２ｂに接続され、オン（選択）となる。この
とき、第１行目の各画素１の増幅用トランジスタＱＡの
ゲートには、すでに直前のフレームにおいて（第Ｎ−１
のフレームの期間ｔ１４において）入射した赤外線輻射
量に応じた第１の信号電荷が転送され、該転送用ＭＯＳ
トランジスタＱＴがオフとなった後も第１の信号電荷が
そのまま保持されているので、この保持された第１の信
号電荷に応じた電気信号が垂直読み出し線２ａ，２ｂに
出力される。

【００７３】また、上記したように期間ｔ１１では、垂
直線用リセットスイッチＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２がオフ
となっているので、この期間ｔ１１において選択されて
いる第１行目の各増幅用トランジスタＱＡがソースホロ
ワ動作をしたとき、そのソースの電位は、ソース・ドレ
イン間に流れる電流（ドレイン電流）が、ＩＢ（定電流
源１７ａ，１７ｂに流れる電流値）になるまで変化す
る。

【００７４】このとき、この第１行目の各増幅用トラン
ジスタＱＡは、上記したように、そのゲートに、直前の
フレーム（第Ｎ−１フレームの期間ｔ１４）において第
１の信号電荷が転送され、転送終了後（転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフ）もそのゲート電圧を保持してい
るため、ソースホロワ動作によって第１の信号電荷に応
じた第１の出力信号（第１の電気信号）を出力する。こ
の第１の出力信号は、この期間ｔ１１でオンとなったス
イッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲを介して、第１の異値
化用コンデンサＣＲに充電される。

【００７５】尚、このとき第２行目の各増幅用トランジ
スタＱＡに関しては、駆動パルスφＰＸ２が依然ローレ
ベルであるために、第２行目の各画素分離用ＭＯＳトラ
ンジスタＱＸがオフとなっており、第２行目の各増幅用
トランジスタＱＡのソースは各々対応する垂直読み出し
線２ａ，２ｂに接続されない状態になっている（非選
択）。

【００７６】期間ｔ１１の終了時、即ち、期間ｔ１２に
至ると、駆動パルスφＳＡがローレベルに反転され、駆
動パルスφＲＧ１がハイレベルに反転される。上記駆動
パルスφＳＡがローレベルになることにより、スイッチ
用ＭＯＳトランジスタＱＲがオフとなり、第１の異値化
用コンデンサＣＲは、フローティング状態とされて第１
の出力信号をそのまま保持する。

【００７７】ところで、上記したように、この期間ｔ１
１で、第１の異値化用コンデンサＣＲに保持されている
第１の出力信号は、直前のフレーム（第Ｎ−１フレーム
の期間ｔ１４）で転送用ＭＯＳトランジスタＱＴを介し
て第１の信号電荷が転送され該転送用ＭＯＳトランジス
タＱＴがオフされた後にもゲートに第１の信号電荷が保
持される増幅用トランジスタＱＡの出力（ソースホロワ
動作によってソース・ドレイン間に流れる電流がＩＢに
なったときの該増幅用トランジスタＱＡの出力信号）で
ある。

【００７８】この第１の出力信号をＶＳＳ１とすると、
ＶＳＳ１の値は、次式（１）に示される値となる。 ＶＳＳ１＝ＶＲＤ＋ＶＳ１−ＶＴ …（１） ここで、ＶＲＤは第Ｎ−１フレームでリセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１がオンのときに供給された電源電
圧、ＶＳ１は第Ｎ−１フレームにおける第１の信号電荷
に応じた増幅用トランジスタＱＡのゲート電位の変化
分、ＶＴは増幅用トランジスタＱＡのドレイン電流がＩ
Ｂのときのゲート・ソース間の電圧である。尚、ＶＳ１
の値は、（入射する赤外線輻射量に応じた第１の信号電
荷／ゲート容量）で求められる。

【００７９】しかして、期間ｔ１１では、駆動パルスφ
ＳＡがハイレベルであるため（スイッチ用ＭＯＳトラン
ジスタＱＲがオン）、第１の異値化用コンデンサＣＲの
両端は、当該期間ｔ１１で充電された前記式（１）で表
される電位ＶＳＳ１となる。尚、この電位ＶＳＳ１は、
期間ｔ１１の終了時（期間ｔ１２の開始時）に前記駆動
パルスφＳＡがローレベルに反転されてスイッチ用ＭＯ
ＳトランジスタＱＲがオフとなる時点までに、第１の異
値化用コンデンサＣＲに充電され、その値ＶＳＳ１が保
持される。

【００８０】図４の説明に戻り、期間ｔ１２において、
駆動パルスφＲＧ１がハイレベルになることによって、
第１行目の各リセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１がオ
ンとなり、電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）が第１行
目の各増幅用トランジスタＱＡのゲートに伝わる（リセ
ット）。このリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１のオ
ンにより、前記増幅用トランジスタＱＡのゲートから前
記第１の信号電荷が排出されると共に、該増幅用トラン
ジスタＱＡのゲートが上記した電源電圧ＶＲＤ（読み出
しレベル）にバイアスされる。

【００８１】期間ｔ１２の終了時、即ち、期間ｔ１３に
至ると、駆動パルスφＲＧ１がローレベルに反転される
ことにより、第１行目の各リセット用ＭＯＳトランジス
タＱＲ１が再びオフとなり、第１行目の増幅用トランジ
スタＱＡのゲートはフローティング状態とされるが、そ
の寄生容量（電荷蓄積部ＣＳ１）の効果によって、当該
ゲートは、前記電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）にバ
イアスされたままの状態が保持される。

【００８２】また、駆動パルスφＶがハイレベルに反転
することによって、ビデオ信号生成回路３０（図３）の
スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶがオンして、ホール
ド容量ＣＶの電極ＣＶＢが電源に接続され、詳細は後述
するようにホールド容量ＣＶの両端（電極ＣＶＡと電極
ＣＶＢ間）の電位差が暗出力信号ＶＤと等しくなる。
尚、上記暗出力信号ＶＤは、駆動パルスφＶがローレベ
ルに反転されてスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶがオ
フになる時点までに、ホールド容量ＣＶに充電される。

【００８３】期間ｔ１３の終了時、即ち、期間ｔ１４に
至ると、駆動パルスφＶが再びローレベルに反転され、
今度は、駆動パルスφＴＧ１がハイレベルに反転され
る。この駆動パルスφＴＧ１がハイレベルとなることに
より、第１行目の各画素１の転送用ＭＯＳトランジスタ
ＱＴがオンとなり、第１行目の各画素１の赤外線用フォ
トダイオードにおいて生成・蓄積された赤外線輻射量に
応じた電荷（第２の信号電荷）が、第１行目の各画素１
の増幅用トランジスタＱＡのゲートに転送される。この
第２の信号電荷が、第Ｎフレームにおける赤外線輻射量
に応じた信号電荷となる。

【００８４】このように増幅用トランジスタＱＡのゲー
トに、第Ｎフレーム（現在のフレーム）における赤外線
輻射量に応じた電荷（第２の信号電荷）が転送される
と、各増幅用トランジスタＱＡのゲート電位は、転送さ
れた電荷の分だけ変化するので、第１行目の増幅用ＭＯ
ＳトランジスタＱＡがソースホロワ動作をし、当該増幅
用トランジスタＱＡのソースの電位は、前記ゲート電位
の変化分だけ変化する。

【００８５】この場合、ソースホロワ動作をする第１行
目の各増幅用トランジスタＱＡからは第２の信号電荷に
応じた第２の出力信号（第２の電気信号）が、このとき
オンとなっている画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸを
介して、垂直読み出し線２ａ，２ｂに出力される。期間
ｔ１４の終了時、即ち、期間ｔ１５の開始時には駆動パ
ルスφＴＧ１がローレベルとなることにより、第１行目
の各転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフとなり、第１
行目の画素１の赤外線用フォトダイオードＰＤにおいて
生成・蓄積された赤外線輻射量に応じた電荷（第２の信
号電荷）の増幅用トランジスタＱＡのゲートへの転送が
終了し、該増幅用トランジスタＱＡのゲートは再びフロ
ーティング状態とされるが、その寄生容量（電荷蓄積部
ＣＳ１）の効果によって、転送された電荷（第２の信号
電荷）の分だけ該ゲートの電位が変化したままその状態
が保持される。

【００８６】ついでながら、この第Ｎフレームで、現在
のフレームに対する第２の信号電荷として当該ゲートに
転送された電荷は、次の第Ｎ＋１フレーム（図示省略）
でこのゲートがリセットされるまで（リセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１がオンとなるまで）保持される。こ
の結果、このときゲートに蓄積されている電荷が、第Ｎ
＋１フレームでは第１の信号電荷（直前のフレームに対
する電荷）として用いられる。

【００８７】このように転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
がオンとなって第２の信号電荷が、増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに一旦転送され、その後、転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフとなっても、当該第２の信号電荷
がゲートに保持されるので、画素分離用ＭＯＳトランジ
スタＱＸがオン状態であるなら、増幅用トランジスタＱ
Ａからは、その後ゲートがリセットされるまでのソース
ホロワ動作で（期間ｔ１４以降）、ゲートに蓄積された
電荷（第２の信号電荷）に応じた信号（電圧信号）が出
力されることとなる。

【００８８】また、期間ｔ１４の終了時に駆動パルスφ
ＳＢがハイレベルとなることにより、スイッチ用ＭＯＳ
トランジスタＱＳがオンし、そのソースホロワ動作によ
ってゲートに第２の信号電荷が蓄積されている第１行目
の各増幅用トランジスタＱＡから出力された第２の出力
信号が、オン状態となっている画素分離用ＭＯＳトラン
ジスタＱＸ、垂直読み出し線２ａ，２ｂを介して、第２
の異値化用コンデンサＣＳに充電される。

【００８９】この期間ｔ１５において、ソースホロワ動
作によってソース・ドレイン間に流れる電流がＩＢにな
ったとき、増幅用トランジスタＱＡのソースの電位（第
２の出力信号；ＶＳＳ２と表記する。）ＶＳＳ２の値
は、次式（２）に示される値になる。 ＶＳＳ２＝ＶＲＤ＋ＶＳ２−ＶＴ …（２） ここで、ＶＳ２は第２の信号電荷に応じた増幅用トラン
ジスタＱＡのゲート電位の変化分である。尚、ＶＳ２の
値は、前記したＶＳ１と同様に、（入射する赤外線輻射
量に応じた第２の信号電荷／ゲート容量）としてあらわ
される。

【００９０】しかして、この期間ｔ１５では、駆動パル
スφＳＢがハイレベルであるため（スイッチ用ＭＯＳト
ランジスタＱＳがオン）、第２の異値化用コンデンサＣ
Ｓの両端は、当該期間ｔ１５で充電された前記式（２）
で表される電位ＶＳＳ２となる。尚、この電位ＶＳＳ２
は、期間ｔ１５の終了時（期間ｔ１６の開始時）に前記
駆動パルスφＳＢがローレベルに反転されてスイッチ用
ＭＯＳトランジスタＱＳがオフとなる時点までには、第
２の異値化用コンデンサＣＳに充電される。

【００９１】このように、第２の異値化用コンデンサＣ
Ｓには、式（２）で表される第２の出力信号（電圧信
号）が記憶保持されるが、一方で、第１の異値化用コン
デンサＣＲには、上記したように式（１）で表される第
１の出力信号（電圧信号）が記憶保持される。そして、
これら記憶された第２の出力信号（電圧信号）、第１の
出力信号（電圧信号）が異値検出器ＸＡに入力されるよ
うになっている。

【００９２】そして、異値検出器ＸＡからは、詳細は後
述するように、第１の出力信号（アナログ信号）と第２
の出力信号（アナログ信号）との差分の大きさが所定値
以上の場合にのみ出力がハイレベル（論理レベルのハイ
レベル）もしくはローレベル（論理レベルのローレベ
ル）の異値信号（ディジタル信号）が出力されるように
なっている。

【００９３】また、期間ｔ１４の終了時に駆動パルスφ
ＬＤがハイレベルとなることにより、シフトレジスタ１
３の各ビットに対応したレジスタに、データ入力端子Ｑ
１，Ｑ２を介して異値信号（ディジタル信号）が記憶さ
れる。期間ｔ１５の終了時、即ち、期間ｔ１６の開始時
には、駆動パルスφＬＤ、駆動パルスφＳＢが再びロー
レベルに戻される。このとき駆動パルスφＳＢがローレ
ベルとなって、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＳがオ
フとなる。

【００９４】また、期間ｔ１６中、駆動パルスφＨ１，
φＨ２が、一定期間、順次立ち上げられて、水平読み出
しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１，ＱＨ２が、所
定のタイミングで、交互にオンする。この水平読み出し
スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１，ＱＨ２のオンに
よって、前記ビデオ信号生成回路３０にて生成されたビ
デオ信号が第２の水平読み出し線３４に転送される。

【００９５】また、この期間１６中、駆動パルスφＲＳ
Ｈが、所定のタイミングでハイレベルに立ち上げられ
る。そして、この駆動パルスφＲＳＨがハイレベルとな
るタイミングで、出力線用リセットスイッチＱＲＳＨが
オンし、第２の水平読み出し線３４に残留した電荷の排
出（リセット）動作が行われる。また、期間ｔ１６中、
すなわち、期間ｔ２０に至る前に駆動パルスφＰＸ１が
ローレベルに戻され、第１行目の画素１，１が垂直読み
出し線２ａ，２ｂから分離される。

【００９６】そして、期間ｔ１６の終了時、即ち、期間
ｔ２０の開始時には、駆動パルスφＲＳＶがハイレベル
に反転され、垂直読み出し線２ａ，２ｂのリセット動作
が開始される。尚、期間ｔ２０の開始までに、当該期間
ｔ１６において、シフトレジスタ１３にクロックパルス
φＣＫが入力されると、各ビットに対応するレジスタに
保持されている前記異値信号（ディジタル信号）は、順
次水平読み出し線１２に読み出され、出力端子ＶＯに出
力される。

【００９７】尚、本実施形態では、水平読み出し線１２
に現れる電気信号（異値信号）は２値化（ディジタル
化）されている。一般によく知られているように、ディ
ジタル信号はアナログ信号と比べて高速に読み出すこと
が可能であり、読み出し動作の高速化が図られる。ま
た、水平読み出し線１２に読み出される信号がディジタ
ル信号なので、雑音の影響を受けずに信号を出力するこ
とができる。

【００９８】続く期間ｔ２０〜ｔ２６においては、第２
行目の画素１，１に対して、上記した期間ｔ１０〜ｔ１
６における第１行目の画素１，１の読み出し動作と同様
の動作が繰り返して行われ、この第２行目の画素１，１
から当該第Ｎフレームにおける異値信号（ディジタル信
号）が、順次出力端子ＶＯから出力される。以上説明し
たように、連続した２フレーム（第Ｎ−１フレームと第
Ｎフレーム）間において各々得られた、入射する赤外線
輻射量に応じて出力される各画素１，１，１，１からの
アナログ信号（輝度をあらわす電気信号）が、各々比較
されて、その差分の大きさが一定値以上のときに、当該
画素１，１，１，１から信号（異値信号）が出力され
る。

【００９９】このように、連続した２フレーム（第Ｎ−
１フレームと第Ｎフレーム）間で得られた電気信号（輝
度信号）の差分の大きさが異なった画素を検出すること
で、赤外線映像による動体検出を行うことができる。な
お、前述したとおり、ここで言う「動体」とは動く物ば
かりではない。撮像範囲における温度変化領域なども検
出することが可能である。即ち、入射する赤外線輻射量
の時間的変化を検出することが可能となる。

【０１００】そして、上記動作を繰り返して行うことに
より、更に連続した２またはそれ以上のフレーム間でそ
の動体検出を行うことができるようになる。次に、異値
検出回路２０にのみ着目して、その具体的な動作つい
て、再び図４を用いて説明する。前述したように、図４
に示す第Ｎフレームの期間ｔ１０では、画素分離用ＭＯ
ＳトランジスタＱＸがオフとなっているので（駆動パル
スφＰＸ１がローレベル）、各画素１，１，１，１は、
垂直読み出し線２ａ，２ｂから分離されている。

【０１０１】そして、この期間ｔ１０では、上記したよ
うに垂直線用リセットスイッチＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２
がオンして、垂直読み出し線２ａ，２ｂの電荷が排除さ
れる（初期状態）。次の期間ｔ１１では、増幅用トラン
ジスタＱＡからの電気信号が第１の異値化用コンデンサ
ＣＲに保持される（第１の出力信号ＶＳＳ１）。すなわ
ち、直前のフレームに対する電気信号の読み出しが行わ
れる。

【０１０２】また、期間ｔ１２では、上記したように増
幅用トランジスタＱＡのゲートに蓄えられていた電気信
号がリセットされる。また、期間ｔ１３では、暗出力信
号の読み出しが行われる（ホールド容量ＣＶの充電）。
そして、期間ｔ１４では、新たに赤外線用フォトダイオ
ードＰＤで生成・蓄積されていた信号電荷が増幅用トラ
ンジスタＱＡのゲートに転送され、その信号電荷に応じ
た電気信号が、当該画素１から垂直読み出し線２ａ，２
ｂに転送される。すなわち、現在のフレームに対する信
号電荷の転送である。

【０１０３】このように垂直読み出し線２ａ，２ｂに転
送された電気信号は、次の期間ｔ１５において、スイッ
チ用ＭＯＳトランジスタＱＳ（このときオン）を介し
て、第２の異値化用コンデンサＣＳに蓄えられる（第２
の出力信号ＶＳＳ２）。すなわち、この期間ｔ１５で現
在のフレームに対する電気信号の読み出しが行われる。
そして、期間ｔ１６で、水平読み出し線１２への異値信
号の出力と、水平読み出し線３４へのビデオ信号の出力
が行われる。

【０１０４】ところで上記した期間ｔ１５では、上記し
たように第１の異値化用コンデンサＣＲには、すでに第
１の出力信号ＶＳＳ１が蓄積・保持され、該第１の出力
信号ＶＳＳ１は、電圧比較器ＡＰ１の非反転入力端子
と、電圧比較器ＡＰ２の反転入力端子に供給されてい
る。そして、この期間ｔ１５において、あらたに第２の
出力信号ＶＳＳ２が第２の異値化用コンデンサＣＲに蓄
積・保持されると、該第２の出力信号ＶＳＳ２が、電圧
比較器ＡＰ２の非反転入力端子と、電圧比較器ＡＰ１の
反転入力端子に入力される。

【０１０５】この結果、異値検出回路２０では、電圧比
較器ＡＰ１と、電圧比較器ＡＰ２とで、別々に、第１の
出力信号ＶＳＳ１と第２の出力信号ＶＳＳ２の大きさが
比較されることとなる。このときの第１の出力信号ＶＳ
Ｓ１は、前記した式（１）であらわされ、第２の出力信
号ＶＳＳ２は前記した式（２）であらわされる。

【０１０６】従って、電圧比較器ＡＰ１と電圧比較器Ａ
Ｐ２では、次式（３）に示す、第１の出力信号ＶＳＳ１
と第２の出力信号ＶＳＳ２との大きさの比較が行われ
る。 ＶＳＳ１−ＶＳＳ２＝（ＶＲＤ＋ＶＳ１−ＶＴ） −（ＶＲＤ＋ＶＳ２−ＶＴ） ＝ＶＳ１−ＶＳ２ …（３） このように、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の出力信号
ＶＳＳ２の２つの信号の大きさを比較することは、特定
の画素１における第Ｎ−１フレームでの入射する赤外線
輻射量の輝度（ＶＳ１に相当）から第Ｎフレームにおけ
る入射する赤外線輻射量の輝度（ＶＳ２）への変化、即
ち、連続した２フレーム間における輝度の変化を検知す
ることと同義である。

【０１０７】ところで、上記式（３）に示す値を比較す
る電圧比較器ＡＰ１と、電圧比較器ＡＰ２は、共に、非
反転入力端子に入力される信号が、反転入力端子に入力
される信号より大きい場合には、電源電圧レベル（ハイ
レベル）を出力し、非反転入力端子に入力される信号
が、反転入力端子に入力される信号と等しい場合あるい
は小さい場合には、接地レベル（ローレベル）を出力す
る。

【０１０８】従って、第１の出力信号ＶＳＳ１が第２の
出力信号ＶＳＳ２より大きい場合には、電圧比較器ＡＰ
１の出力が電源電圧レベル（ハイレベル）になり、逆
に、第２の出力信号ＶＳＳ２が第１の出力信号ＶＳＳ１
より大きい場合には、電圧比較器ＡＰ２の出力が電源電
圧レベル（ハイレベル）となる。また、第１の出力信号
ＶＳＳ１と第２の出力信号ＶＳＳ２が等しい場合には、
電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２の出力は共に接地レベル（ロ
ーレベル）となる。

【０１０９】このようにして得られた電圧比較器ＡＰ
１，ＡＰ２の出力は、共に論理和演算器ＯＲに入力され
論理和演算が行われる。この場合、第１の出力信号ＶＳ
Ｓ１と第２の出力信号ＶＳＳ２の大きさが異なる（どち
らか一方が他方より大きい、もしくは、小さい）場合の
み、論理和演算器ＯＲすなわち異値検出器ＸＡの出力は
ハイレベル（論理レベルのハイレベル）となる。

【０１１０】そして、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の
出力信号ＶＳＳ２の大きさが等しい場合には、論理和演
算器ＯＲすなわち異値検出器ＸＡの出力はローレベル
（論理レベルのローレベル）となる。尚、前述した式
（１），（２）のＶＴ（ゲート・ソース間電圧）の値
は、各増幅用トランジスタＱＡ毎にばらついて、いわゆ
る固定パターン雑音の要因となることが知られている。
しかして、前述の式（３）で示したように、異値検出を
行う際、即ち、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の出力信
号ＶＳＳ２との大きさの比較を行う場合、異値信号はＶ
Ｔ値の影響を受けないので、固定パターン雑音の影響を
受けずに異値検出（動体検出）を行うことができる。

【０１１１】また、前記した第１の出力信号ＶＳＳ１と
第２の出力信号ＶＳＳ２は、通常、前記固定パターン雑
音の成分とは別に、ランダム雑音の成分を含んでいるこ
とが知られている。従って、異値検出を行う際、これら
のランダム雑音の成分により誤信号が発生する場合が考
えられる。しかし、本実施形態では、上記した電圧比較
器ＡＰ１、電圧比較器ＡＰ２を、このランダム雑音の成
分による誤信号の発生を防止すべく、非反転入力端子に
入力される信号電圧と反転入力端子に入力される信号電
圧の差が或る一定の閾値電圧以上になったとき出力が反
転するような特性としている。

【０１１２】図５は、本実施形態の異値検出器ＸＡを構
成する電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２の入出力特性の一例を
示す特性図である。この図５において、電圧ΔＨは閾値
電圧で、通常のランダム雑音の成分の大きさと比べて十
分大きくなるように設定される。また、Ｖ１は電圧比較
器ＡＰ１，ＡＰ２の非反転入力端子に入力される入力電
圧値を、Ｖ２は反転入力端子に入力される入力電圧値
を、Ｖｏｕｔは出力電圧値を示す。

【０１１３】この場合、（Ｖ１−Ｖ２）の値が、閾値電
圧ΔＨより大きくなると、出力Ｖｏｕｔが反転（ローレ
ベルからハイレベルに反転）する。このように、異値検
出器ＸＡを構成する電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２を、上記
の特性とすることで、特に、閾値電圧ΔＨをランダム雑
音の成分の大きさに比べて十分大きく設定することで、
電圧比較器ＡＰ１は、第１の出力信号電圧ＶＳＳ１と第
２の出力信号電圧ＶＳＳ２との差が閾値電圧ΔＨより大
きい場合（ＶＳＳ１−ＶＳＳ２＞ΔＨ）、その出力が電
源電圧レベル（ハイレベル）になる。

【０１１４】同様に、電圧比較器ＡＰ２は、第２の出力
信号電圧ＶＳＳ２と第１の出力信号電圧ＶＳＳ１との差
が閾値電圧ΔＨより大きい場合（ＶＳＳ２−ＶＳＳ１＞
ΔＨ）、その出力が電源電圧レベル（ハイレベル）にな
る。換言すれば、第１の出力信号ＶＳＳ１と、第２の出
力信号ＶＳＳ２との差分の大きさ、即ち絶対値｜ＶＳＳ
１−ＶＳＳ２｜が、閾値電圧ΔＨより大きい場合のみ、
電圧比較器ＡＰ１、電圧比較器ＡＰ２の何れかの出力が
電源電圧レベル（ハイレベル）となり、ランダム雑音の
成分による誤信号を発生することなく、異値検出（赤外
線による動体検出）を行うことができる。

【０１１５】次に、ビデオ信号生成回路３０にのみ着目
して、その具体的な動作ついて、再び図４を用いて説明
する。なお、以下では、特に第Ｎフレームの期間ｔ１０
から期間ｔ１６（第１行目の画素１，１の動作）につい
て説明する。第Ｎフレームの期間ｔ１０に至る前（第Ｎ
−１フレームの期間ｔ２６の最後の状態）、駆動パルス
φＰＸ１，ＰＸ２、駆動パルスφＴＧ１、駆動パルスφ
ＲＧ１、駆動パルスφＶはローレベルに保持されてい
る。なお、前記駆動パルスφＰＸ２は、期間ｔ２１に至
るまでローレベルに保持され続け、第Ｎフレームの期間
ｔ１０から期間ｔ１６では、第２行目の画素１，１は垂
直読み出し線２ａ，２ｂから分離されてる（非選択）。

【０１１６】期間ｔ１０に至る前は、駆動パルスφＴＧ
１がローレベルのため転送用ＭＯＳトランジスタＱＴは
オフ、駆動パルスφＲＧ１がローレベルのためリセット
用ＭＯＳトランジスタＱＲ１もオフとなっている。この
とき増幅用トランジスタＱＡのゲートはフローティング
状態となるが、寄生容量（電荷蓄積部ＣＳ１）の効果に
よりこの時点ですでにゲートに転送されている信号電
荷、即ち、直前のフレームでの入射する赤外線輻射量に
応じた電荷（第１の信号電荷）に応じた電圧がバイアス
された状態に保持されている。

【０１１７】一方、赤外線用フォトダイオードＰＤ側で
は、現在のフレームで入射した赤外線輻射量に応じた電
荷（第２の信号電荷）が生成・蓄積されている。その
後、期間ｔ１１に至ると、駆動パルスφＰＸ１がローレ
ベルからハイレベルに反転することで、すでに第Ｎ−１
フレームで増幅用トランジスタＱＡのゲートに転送され
そのままゲートに保持されている電荷（第１の信号電
荷）に応じた電気信号（電圧信号）が、そのソースホロ
ワ動作によって垂直読み出し線２ａに供給される（選
択）。

【０１１８】そして、期間ｔ１１の終了時、即ち、期間
ｔ１２の開始時には、駆動パルスφＲＧ１がハイレベル
に反転されることによりリセット用ＭＯＳトランジスタ
ＱＲ１がオンとなって、増幅用トランジスタＱＡのゲー
トに蓄えられていた電荷が排出される（リセット）。そ
して、期間ｔ１２の終了時、即ち、期間ｔ１３に至る
と、駆動パルスφＲＧ１が再びローレベルに反転される
ことによって上記リセットが解除され、増幅用トランジ
スタＱＡのゲートはフローティング状態となる。しか
し、寄生容量（電荷蓄積部ＣＳ１）の効果により、リセ
ットされたときのバイアス状態が保持され、そのバイア
ス状態に応じた電気信号（以下暗出力信号ＶＤと称す
る）が、増幅用トランジスタＱＡがソースフォロワ動作
を行うことにより、ホールド容量ＣＶの一方の電極ＣＶ
Ａに供給される。

【０１１９】また、時刻ｔ１２の開始時に駆動パルスφ
Ｖがハイレベルになることにより、スイッチ用ＭＯＳト
ランジスタＱＶがオンとなり、ホールド容量ＣＶの他方
の電極ＣＶＢは接地される。これらの動作によって、前
述したようにホールド容量ＣＶの両端の電位差が、暗出
力信号ＶＤと等しくなる。

【０１２０】そして、期間ｔ１３の終了時、即ち、期間
ｔ１４に至ると、駆動パルスφＶが再びローレベルに反
転され、駆動パルスφＴＧ１がハイレベルに反転され
る。尚、この暗出力信号ＶＤは、期間ｔ１３の終了時
（期間ｔ１４の開始時）に前記駆動パルスφＶがローレ
ベルに反転されてスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶが
オフになる時点までに、ホールド容量ＣＶに充電され
る。

【０１２１】駆動パルスφＴＧ１がハイレベルになるこ
とにより、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオンとな
り、この時点までに赤外線用フォトダイオードＰＤにお
いて生成・蓄積された赤外線輻射量に応じた電荷（現在
のフレームに対する電荷＝第２の信号電荷）が、新たに
増幅用トランジスタＱＡのゲートに転送用ＭＯＳトラン
ジスタＱＴを介して転送される。

【０１２２】この場合、増幅用トランジスタＱＡはソー
スホロワ動作をして、第２の信号電荷に応じた第２の出
力信号（現在のフレームに対する電気信号＝第２の電気
信号）が垂直読み出し線２ａに転送される。そして、期
間ｔ１４の終了時、即ち、期間ｔ１５の開始時には駆動
パルスφＴＧ１がローレベルに反転され、転送用ＭＯＳ
トランジスタＱＴがオフとなって、赤外線用フォトダイ
オードＰＤにおいて生成・蓄積された赤外線輻射量に応
じた電荷（現在のフレームに対する電荷＝第２の信号電
荷）の増幅用トランジスタＱＡのゲートへの転送が終了
する。

【０１２３】このとき、増幅用トランジスタＱＡのゲー
トは再びフローティング状態となるが、その寄生容量
（電荷蓄積部ＣＳ１）の効果によって、転送された電荷
（現在のフレームに対する電荷＝第２の信号電荷）の分
だけ該ゲートの電圧が変化したままその状態が保持され
る。この場合、増幅用トランジスタＱＡからはそのソー
スホロワ動作によって、電荷の転送後ゲートに蓄積され
たままの電荷（現在のフレームに対する電荷＝第２の信
号電荷）に応じた電気信号（現在のフレームに対する電
気信号＝第２の電気信号、以下ＶＢと表記する）が、ホ
ールド容量ＣＶの一方の電極ＣＶＡに出力される。

【０１２４】ところで、この第Ｎフレーム（現在のフレ
ーム）で得られた電荷（現在のフレームに対する電荷＝
第２の信号電荷）に応じた電気信号ＶＢが、ホールド容
量ＣＶの一方の電極ＣＶＡに出力される時点では、この
ホールド容量ＣＶの両端には、上記したように暗出力信
号ＶＤが蓄えられている。そしてホールド容量ＣＶの一
方の電極ＣＶＡに、新たに第Ｎフレームで得られた電気
信号ＶＢが供給されると、ホールド容量ＣＶの他方の電
極ＣＶＢの電位は（ＶＢ−ＶＤ）となる。

【０１２５】ここで、電気信号ＶＢは、暗出力信号ＶＤ
と第Ｎフレーム（現在のフレーム）で得られた電荷（現
在のフレームに対する電荷＝第２の信号電荷）による増
幅用トランジスタＱＡのゲート電位の変化分に対する信
号（以下、赤外線映像信号ＶＳと称する）の和と考えら
れる。即ち、 ＶＢ＝ＶＤ＋ＶＳ …（４） 従って、期間ｔ１５においてトランジスタＱＡがソース
フォロワ動作を行うことによって、ビデオ信号生成回路
３０の出力は、 （ＶＢ−ＶＤ）＝（ＶＤ＋ＶＳ−ＶＤ）＝ＶＳ …（５） となり、赤外線映像信号ＶＳ（差分のビデオ信号）のみ
が得られるこになる。

【０１２６】ところで、暗出力信号ＶＤには、固定パタ
ーン雑音の原因となる増幅用トランジスタＱＡのゲート
・ソース間電圧のばらつきや、ランダム雑音の原因とな
るトランジスタＱＡのゲートをリセットした直後のリセ
ット雑音などが含まれていることがよく知られており、
結局、前記ビデオ信号生成回路３０により、固定パター
ン雑音やランダム雑音を除去した差分のビデオ信号を得
ることができる。

【０１２７】なお、第Ｎフレームで増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに転送された電荷は、該第Ｎフレームでは
第２の信号電荷として扱われるが、次の第Ｎ＋１フレー
ム（図示省略）では、第１の信号電荷として扱われるこ
とになる。また、すでに説明したように期間ｔ１５にお
いては、異値検出回路５０から異値信号が出力されるの
で、動体検出（異値信号の生成）とビデオ信号の生成を
同時に行うことができる。

【０１２８】なお、この第１の実施形態の画素１，１，
１，１は、上述のように白金シリサイドとｐ型シリコン
基板間に形成されるショットキー接合型の赤外線用フォ
トダイオードＰＤである。光電変換部のバンドギャップ
は、赤外線によりキャリアが励起されるように低く形成
され、背景の熱によってもキャリアが励起されてしま
う。このため、本実施形態の動体検出用赤外線固体撮像
装置は、液体窒素温度に冷却して使用される。

【０１２９】また、光電変換部のバンドギャップが低い
ため、過剰電荷は基板側に逃げるので、光電変換部のシ
ョットキー接合以外にオーバーフロードレイン構造を設
置しなくとも良い。すなわち、光電変換部のショットキ
ー接合によって、ブルーミング、スミア等のにじみの現
象を抑制することができる。以上説明した動体検出用赤
外線固体撮像装置１０によれば、連続した２フレームの
赤外線の輝度差を、異値検出回路２０の働きによって、
容易に生成することができる。この場合、異値信号は、
水平読み出し線１２に転送する時点で２値化されている
ので、シフトレジスタ１３を用いて、異値信号を出力端
子ＶＯから高速に出力できる。また、動体検出用赤外線
固体撮像装置１０の異値検出回路２０によって異値信号
が生成されるとともに、他方では、ビデオ信号生成回路
３０によってビデオ信号が生成されるようになってい
る。

【０１３０】このように１つの動体検出用赤外線固体撮
像装置１０で、異値信号と、ビデオ信号（赤外線映像信
号）を同時に生成して、表示装置等で、選択的に表示す
ることが可能になると、動体検出用赤外線固体撮像装置
１０を用いた画像処理の利用分野が著しく拡大する。例
えば、防犯用監視システム等に動体検出用赤外線固体撮
像装置１０を使用するのであれば、以下のような用途が
考えられる。すなわち、動体検出用赤外線固体撮像装置
１０に接続される表示装置（ＣＲＴ等）に、常時は異値
信号に基づいた動体の表示をさせ、他方で、ビデオ信号
を記録装置に記録しておく。このように、常時は、異値
信号で動体のみを表示させることで被写体の動きのみを
抽出して監視し、必要に応じてビデオ信号を再生して、
その画像を出力することで、効率のよい監視が可能にな
る。

【０１３１】また、この実施形態の動体検出用赤外線固
体撮像装置１０を、実際に防犯用監視システムに用いる
に当って、例えば、昼間、人の往来の激しい場所で人間
（動体）の監視を行う場合にはアナログ信号（ビデオ信
号）を用いたアナログ画像を生成してこれを基に監視を
行い、夜間、人の往来が途絶えたときにその監視を行う
場合には異値信号（２値化信号）を用いた２値画像を生
成してこれを基に監視を行うことが考えられる。

【０１３２】この昼間のアナログ画像（ビデオ信号）に
よる監視と、夜間の２値画像（異値信号）による監視を
行うにあたっては、動体検出用赤外線固体撮像装置１０
の駆動タイミングを変更する必要がなく、容易にしか
も、適宜、画像を切り替えることで各々の監視を行うこ
とができる。すなわち、状況に応じて、適宜、アナログ
画像と２値画像の両方若しくは一方を用いた最適な監視
を行うことができる。

【０１３３】なお、アナログ画像を用いた監視（例えば
昼間）と２値画像を用いた監視（夜間）との切替（例え
ば、モニタ画面上での再生）は、例えば、タイマ、時計
等を用いて自動的に、しかも容易に行うことができる。
さらに、アナログ画像を用いた監視と２値画像を用いた
監視の切替は、例えば、２値化信号の変化の様子を検出
し、２値化信号の変化が、ある値以上のときにアナログ
信号（ビデオ信号）を用いた監視に、ある値以下のとき
に当該２値化信号（異値信号）を用いた監視に自動的に
切り替えるようにしてもよい。

【０１３４】また、本実施形態の動体検出用赤外線固体
撮像装置１０は、上述したとおり、動きの検出の他、撮
像範囲内の温度変化領域を検出することができる。この
ため、火災検知器としても使用できる。即ち、火災が生
じた場合、同一場所の赤外線輻射量が増大し、且つ、温
度上昇する領域が拡大していく。このような事象を検出
することで、火災の有無を監視することが可能となる。
このようなシステムに動体検出用赤外線固体撮像装置１
０を採用すれば、一台のシステムで極めて広範囲を監視
することができるという効果もある。

【０１３５】さらに、動体検出用赤外線固体撮像装置１
０から出力される赤外線映像信号は、その輝度により温
度さえも計測することができる。そして、例えば、人と
自動車等の機械とを区別することも可能である。よっ
て、人の動体を検出したときだけ、警報を発令すること
もできる。図７は、第１の実施形態の変形例に係る動体
検出用赤外線固体撮像装置１１０である。第１の実施形
態の動体検出用赤外線固体撮像装置１０との構成上の相
違点は、ビデオ信号生成回路（３０）とビデオ信号を出
力する第２の水平走査回路が削除されている点にある。
このような構成では、赤外線映像信号（ビデオ信号）は
出力されず、異値信号のみ出力される。しかし、異値信
号が出力されることにより、物体の動き又は温度変化領
域の存在が検出される。このため、上記の火災監視シス
テムや防犯用監視システムに利用できる。

【０１３６】また、このような構成にすればシステムが
簡略化される。このため、システムが更に小型化、ロー
コスト化されるという効果もある。 （第２の実施形態）次に、本発明の第２の実施形態につ
いて、図８及び図９を用いて説明する。この第２の実施
形態は、２つの連続したフレーム（第Ｎ−１フレーム，
第Ｎフレーム）間の電気信号を比較して異値信号を出力
する異値検出回路（信号比較回路）５０の構成のみが、
上記した第１の実施形態の動体検出用赤外線固体撮像装
置１０と異なっている。

【０１３７】尚、図８では、説明を簡単にするために、
複数の垂直読み出し線（２ａ，２ｂ）のうち、１つの列
に係る垂直読み出し線２ａに配置された異値検出回路５
０のみを示す。また、この第２の実施形態では、その画
素１は、第１の実施形態の画素１，１，１，１と同一で
あるため、その詳細な説明は省略する。以下、垂直読み
出し線２ａに配置された異値検出回路（信号比較回路）
５０について説明する。

【０１３８】異値検出回路５０は、同図に示すように、
２つのコンデンサＣＣＡ，ＣＣＢと、５つのインバータ
ＩＮＶ１〜ＩＮＶ５と、４つのスイッチ用ＭＯＳトラン
ジスタＱＢ１〜ＱＢ４と、論理和回路ＯＲとによって構
成されている。このうち、コンデンサＣＣＡとスイッチ
用ＭＯＳトランジスタＱＢ１とによって第１のサンプル
ホールド回路５０Ａが構成され、コンデンサＣＣＢとス
イッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ２とによって第２のサ
ンプルホールド回路５０Ｂが構成されている。

【０１３９】コンデンサＣＣＡ，ＣＣＢの一方の電極
は、垂直読み出し線２ａに接続され、他方の電極は、各
々、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２（２値化回路）の入
力端子に接続されると共に、スイッチ用ＭＯＳトランジ
スタＱＢ１，ＱＢ２のドレインに各々接続されている。
前記インバータＩＮＶ１の出力端子には、インバータＩ
ＮＶ３，ＩＮＶ５を介して前記論理和回路ＯＲの一方の
入力端子が接続されている。一方、前記インバータＩＮ
Ｖ２の出力端子には、インバータＩＮＶ４を介して前記
論理和回路ＯＲの他方の入力端子が接続されている。

【０１４０】そして、インバータＩＮＶ３の出力端子は
インバータＩＮＶ１の入力端子に接続されて閉ループを
構成し、インバータＩＮＶ４の出力端子はインバータＩ
ＮＶ２の入力端子に接続されて閉ループを構成してい
る。また、インバータＩＮＶ３の出力端子からインバー
タＩＮＶ１の入力端子に至る信号線上にはスイッチ用Ｍ
ＯＳトランジスタＱＢ３が、インバータＩＮＶ４の出力
端子からインバータＩＮＶ２の入力端子に至る信号線上
にはスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ４が各々設けら
れている。

【０１４１】この異値検出回路５０では、図には現れて
いないが、第１の実施形態の異値検出回路２０と同様
に、その出力（論理和回路ＯＲの出力）が、シフトレジ
スタ（信号転送回路）の対応するビットのレジスタ（記
憶回路）のデータ入力端子に接続されている。そして、
シフトレジスタ（第１の信号転送回路）の出力が水平読
み出し線に接続されている。

【０１４２】しかして、異値検出回路５０の出力信号
（直前のフレームと現在のフレームの電気信号の差をあ
らわす異値信号）は、所定のタイミングで該シフトレジ
スタの対応するレジスタに記憶され、シフトレジスタに
入力されるクロックパルスφＣＫに応じて、当該シフト
レジスタの出力端子から順次出力されるようになってい
る。

【０１４３】次に、本動体検出用赤外線固体撮像装置の
異値検出回路５０の動作について、図９に示すタイミン
グチャートを用いて説明する。図９は、図４と同様に、
一定のタイミング毎に入射する赤外線輻射量を検知する
１つの画素１が、連続した２フレーム（第Ｎ−１フレー
ム、第Ｎフレーム）で入射する赤外線輻射量を検出し
て、その読み出し動作を行う場合を示している。尚、以
下では、第Ｎフレームにおける第１行目の画素１の読み
出し動作を、図９の第Ｎフレームの期間ｔ１０の直前の
動作から説明する。

【０１４４】この第Ｎフレームの期間ｔ１０に至る前
（第Ｎ−１フレームの期間ｔ２６）、増幅用トランジス
タＱＡのゲートはフローティング状態であるが、寄生容
量（電荷蓄積部ＣＳ１）の効果によりこの時点ですでに
ゲートに転送されている信号電荷、即ち、直前のフレー
ム（第Ｎ−１フレーム）で入射した赤外線輻射量に応じ
て生成された電荷（第１の信号電荷）に応じた電圧がバ
イアスされた状態に保持されている。

【０１４５】一方、赤外線用フォトダイオードＰＤ側で
は、現在のフレーム（第Ｎフレーム）での入射した赤外
線輻射量に応じた電荷（第２の信号電荷）が生成・蓄積
されている。先ず、期間ｔ１０では、それまでハイレベ
ルに保持されていた駆動パルスφＳＢが、ローレベルに
反転される。

【０１４６】次の期間ｔ１１に至ると、駆動パルスφＰ
Ｘ１がハイレベルとなることによって、すでに第Ｎ−１
フレームでトランジスタＱＡのゲートに転送され、その
ままゲートに保持されている電荷（第１の信号電荷）に
応じた電気信号（電圧信号）が、そのソースホロワ動作
によって、２つのコンデンサＣＣＡ、ＣＣＢの一方の電
極ＣＣＡ１，ＣＣＢ１に供給される。

【０１４７】また、駆動パルスφＳＡがハイレベルとな
ることによって、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ
１，ＱＢ２がオンとなって、２つのコンデンサＣＣＡ、
ＣＣＢの他方の電極ＣＣＡ２，ＣＣＢ２に、一定電圧Ｖ
Ｒ１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ），ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）が
各々供給される。またこのとき、駆動パルスφＳＢがロ
ーレベルのままであるため、インバータＩＮＶ３の出力
端子からインバータＩＮＶ１の入力端子への経路、及
び、インバータＩＮＶ４の出力端子からインバータＩＮ
Ｖ２の入力端子への経路が遮断される。

【０１４８】これらの動作によって、コンデンサＣＣＡ
の両端の電位差が第Ｎ−１フレームにおける赤外線輻射
量に応じた電気信号（ＶＡと表記する）と一定電圧ＶＲ
１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ；ここではＶｔｈが第１の所定値）
との差分となる。一方、コンデンサＣＣＢでは、その両
端の電位差が第Ｎ−１フレームにおける電気信号ＶＡと
一定電圧ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ；ここではＶｔｈが第
２の所定値）との差分となる。

【０１４９】期間ｔ１２に至ると、駆動パルスφＳＡが
ローレベルに反転され、コンデンサＣＣＡの両端にその
まま第Ｎ−１フレームにおける電気信号ＶＡと一定電圧
ＶＲ１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ）との差分が蓄えられ、コンデ
ンサＣＣＢの両端にそのまま第Ｎ−１フレームにおける
電気信号ＶＡと一定電圧ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）との
差分がそのまま蓄えられる。

【０１５０】また、駆動パルスφＲＧ１がハイレベルと
なることによりリセット用ＭＯＳトランジスタ（ｎチャ
ネル型）ＱＲ１がオンとなって、増幅用トランジスタＱ
Ａのゲートに蓄えられていた電荷が排出される（リセッ
ト）。期間ｔ１３に至ると駆動パルスφＲＧ１が再びロ
ーレベルに反転されて上記リセットが解除される。

【０１５１】期間ｔ１４に至ると、今度は駆動パルスφ
ＴＧ１がローレベルに反転され、転送用ＭＯＳトランジ
スタＱＴがオンとなり、この時点までに赤外線用フォト
ダイオードＰＤにおいて生成・蓄積された赤外線輻射量
に応じた電荷（第２の信号電荷）が、新たに増幅用トラ
ンジスタＱＡのゲートに転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
を介して転送される。この場合、増幅用トランジスタＱ
Ａはソースホロワ動作をして、第２の信号電荷に応じた
第２の出力信号（第２の電気信号）が垂直読み出し線２
ａに転送される。

【０１５２】期間ｔ１５に至ると、駆動パルスφＴＧ１
がローレベルとなることで転送用ＭＯＳトランジスタＱ
Ｔがオフとなって、赤外線用フォトダイオードＰＤにお
いて生成・蓄積された入射する赤外線輻射量に応じた電
荷（第２の信号電荷）のトランジスタＱＡのゲートへの
転送が終了する。このとき、増幅用トランジスタＱＡの
ゲートは再びフローティング状態となるが、その寄生容
量（電荷蓄積部ＣＳ１）の効果によって、転送された電
荷（第２の信号電荷）の分だけ該ゲートの電圧が変化し
たままその状態が保持される。

【０１５３】この場合、増幅用トランジスタＱＡからは
そのソースホロワ動作によって、電荷の転送後ゲートに
蓄積されたままの電荷（第２の信号電荷）に応じた電気
信号（ＶＢと表記する）が、２つのコンデンサＣＣＡ、
ＣＣＢの一方の電極ＣＣＡ１，ＣＣＢ１に出力される。
ところで、この第Ｎフレーム（現在のフレーム）で得ら
れた電荷（第２の信号電荷）に応じた電気信号ＶＢが、
コンデンサＣＣＡ、ＣＣＢの一方の電極ＣＣＡ１，ＣＣ
Ｂ１に出力される時点では、これら２つのコンデンサＣ
ＣＡ、ＣＣＢの両端には、上記したように第Ｎ−１フレ
ームにおける電気信号ＶＡと一定電圧ＶＲ１（＝ＶＴ−
Ｖｔｈ）との差分、同様に電気信号ＶＡと一定電圧ＶＲ
２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）との差分が蓄えられている。

【０１５４】そしてコンデンサＣＣＡに関しては、その
一方の電極ＣＣＡ１に、新たに第Ｎフレームで得られた
電気信号ＶＢが供給されると、コンデンサＣＣＡの他方
の電極ＣＣＡ２の電位は（ＶＢ＋ＶＲ１−ＶＡ）とな
る。一方、コンデンサＣＣＢに関しては、その一方の電
極ＣＣＢ１に電気信号ＶＢが供給されると、他方の電極
ＣＣＢ２の電位は（ＶＢ＋ＶＲ２−ＶＡ）となる。

【０１５５】ここで、ＶＲ１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ），ＶＲ
２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）を決定する値のうちＶＴを、イン
バータＩＮＶ１、インバータＩＮＶ２の閾値電圧とした
場合を考える。このとき、インバータＩＮＶ１は、その
入力側の電位（この場合、ＶＢ＋ＶＲ１−ＶＡ）がＶＴ
より大きくなったとき（ＶＢ＋ＶＲ１−ＶＡ＞ＶＴ）、
ローレベルの信号を出力するのであるから、現在のフレ
ームで得られた電気信号ＶＢが、ＶＴ＋ＶＡ−ＶＲ１よ
り大きくなったときに、ローレベルの信号を出力する。

【０１５６】ここで、ＶＲ１は（ＶＴ−Ｖｔｈ）である
から、結果として、インバータＩＮＶ１は、ＶＢが（Ｖ
Ａ＋Ｖｔｈ）より大きくなったときローレベルの信号
を、ＶＢが（ＶＡ＋Ｖｔｈ）より小さくなったときハイ
レベルの信号を出力する。また、インバータＩＮＶ２に
関しては、その入力側の電位（この場合、ＶＢ＋ＶＲ２
−ＶＡ）がＶＴより大きくなったとき（ＶＢ＋ＶＲ２−
ＶＡ＞ＶＴ）、ローレベルの信号を出力するのであるか
ら、現在のフレームで得られた電気信号ＶＢが、ＶＴ＋
ＶＡ−ＶＲ２より大きくなったときに、ローレベルの信
号を出力する。

【０１５７】ここで、ＶＲ２は（ＶＴ＋Ｖｔｈ）である
から、結果として、インバータＩＮＶ２は、ＶＢが（Ｖ
Ａ−Ｖｔｈ）より大きくなったときローレベルの信号
を、ＶＢが（ＶＡ−Ｖｔｈ）より小さくなったときハイ
レベルの信号を出力する。上記したインバータＩＮＶ１
の出力信号は、インバータＩＮＶ３、インバータＩＮＶ
５でそれぞれ反転された後、論理和回路ＯＲの一方の入
力端子に転送され、インバータＩＮＶ２の出力信号は、
インバータＩＮＶ４によって反転された後、論理和回路
ＯＲの他方の入力端子に転送される。

【０１５８】図９の説明に戻り、この期間ｔ１５で、駆
動パルスφＬＤがハイレベルとなることで、このとき出
力された信号（異値信号）が、シフトレジスタ１３のレ
ジスタに記憶される。そして、次の期間ｔ１６では、駆
動パルスφＳＢがハイレベルに反転されるとともに、ク
ロックパルスφＣＫが、一定間隔で複数回、ハイレベル
に立ち上げられる。

【０１５９】駆動パルスφＳＢがハイレベルとなること
で、インバータＩＮＶ３の出力端子とインバータＩＮＶ
１の入力端子が接続されて閉ループが形成され、一方
で、インバータＩＮＶ４の出力端子とインバータＩＮＶ
２の入力端子が接続されて閉ループが形成される。この
ようにインバータＩＮＶ３とインバータＩＮＶ１との間
で閉ループが形成されると、インバータＩＮＶ１の出力
が固定化され、同様に、インバータＩＮＶ４とインバー
タＩＮＶ２との間で閉ループが形成されることによっ
て、インバータＩＮＶ２の出力が固定化される。このイ
ンバータＩＮＶ１，２の出力の固定化は、駆動パルスφ
ＳＢがローレベルに反転されるまで（期間ｔ２０）行わ
れる。

【０１６０】また、この期間ｔ１６においては、クロッ
クパルスφＣＫが立ち上がる毎に、水平読み出し線１２
に、各レジスタに記憶された異値信号が、順次出力され
る。この場合、水平読み出し線（図示省略）に供給され
る電圧信号（異値信号）は、当該異値検出回路５０によ
ってすでに２値化（ディジタル化）されているため、そ
の読み出し動作の高速化が図られる。また、水平読み出
し線に読み出される信号がディジタル信号なので、雑音
の影響を受けずに信号を出力することができる。

【０１６１】以上のように、異値検出回路５０の出力
（論理和回路ＯＲの出力）は、（１） ＶＢが（ＶＡ＋
Ｖｔｈ）より大きくなったとき、即ち、（ＶＢ−ＶＡ）
がＶｔｈより大きくなったとき、（２） ＶＢが（ＶＡ
−Ｖｔｈ）より小さくなったとき、即ち、（ＶＡ−Ｖ
Ｂ）がＶｔｈより大きくなったときの何れかの条件が満
たされたとき論理ハイレベルの信号を出力する。

【０１６２】なお、第Ｎフレームで増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに転送された電荷は、該第Ｎフレームでは
第２の信号電荷として扱われるが、次の第Ｎ＋１フレー
ム（図示省略）では、第１の信号電荷として扱われるこ
とになる。以上説明した第２の実施形態でも、異値信号
と、ビデオ信号を同時に生成して、表示装置等で、選択
的に表示することが可能になるので、第１の実施形態と
同様に、画像処理の利用分野が著しく拡大する。

【０１６３】なお、上記した第１及び第２の実施形態で
は、画素１，１…と、垂直読み出し線２ａ，２ｂを接続
・分離する接続分離回路として画素分離用ＭＯＳトラン
ジスタＱＸを用いた例をあげて説明したが、これに限る
ことなく、例えば、画素１，１…の増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートにコンデンサの一方の電極を接続し、他方
の電極印加される電圧を制御して、その接続・分離を行
うようにしても良い。

【０１６４】さらに、上記第１および第２の実施形態で
は、画素１，１…が２次元マトリックス上に配列されて
いる場合を説明したが、１次元上に配列される場合にお
いても、本発明は、同様に適用できるのは勿論である。 （第３の実施形態）以下、本発明の第３の実施形態につ
いて、図１０、図１１を用いて説明する。この第３の実
施形態は、画素１４１の構成と垂直走査回路１４６が前
記第１の実施形態（又は第２の実施形態）の画素１垂直
走査回路６と異なっている。

【０１６５】図１０は、本発明の第３の実施形態の画素
部を示す回路図である。図から判るように、赤外線用フ
ォトダイオードＰＤ、増幅用トランジスタＱＡ、転送用
ＭＯＳトランジスタＱＴ、リセット用ＭＯＳトランジス
タＱＲ１、画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸは、第１
の実施形態と同じである。よって、ｐ型シリコン基板に
よるショットキー接合を使用することや、上記のトラン
ジスタがすべてｎチャネル型であることも同様であり、
ここではその構成や効果に関する説明を省略する。

【０１６６】本実施形態の画素１４１が第１の実施形態
の画素１と異なる点は、第２のリセット用ＭＯＳトラン
ジスタＱＲ２が赤外線用フォトダイオードＰＤと電源Ｖ
ＲＤの間に配置される点にある。当然ながら、第２のリ
セット用ＭＯＳトランジスタＱＲ２は、ｎチャネル型で
構成されたＭＯＳトランジスタである。そして、第２の
リセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ２のゲートは、垂直
走査回路１４６から出力される駆動パルスφＲＰ１（別
の行ではφＲＰ２、φＲＰ３・・・）が印加されるよう
になっている。

【０１６７】第１の実施形態では、転送用ＭＯＳトラン
ジスタＱＴがオンすることにより、赤外線用フォトダイ
オードＰＤで生じて蓄積されたの信号電荷が増幅用トラ
ンジスタＱＡに転送されて、当該赤外線用フォトダイオ
ードＰＤがリセットされる。一方、本実施形態では、第
２のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ２がオンされる
と、赤外線用フォトダイオードＰＤに電源ＶＲＤが供給
されて当該赤外線用フォトダイオードＰＤがリセットさ
れる。即ち、赤外線用フォトダイオードＰＤは、転送用
ＭＯＳトランジスタＱＴの動作によらずとも、リセット
することが可能となる。よって、仮に信号電荷が転送動
作の際に、赤外線用フォトダイオードＰＤに残留したと
しても、第２のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ２を
動作させることにより、完全にこれをリセットすること
が可能となる。リセットを完全に行えば、残像の発生の
無い良好な赤外線映像が得られる。また、それにより、
誤信号の可能性がより少ない異値信号を得ることができ
る。

【０１６８】ところで、ショットキー型の赤外線用フォ
トダイオードは、バイアス電圧を大きくすれば感度が向
上することが知られている。即ち、バイアス電圧が大き
いと、電荷の発生量がより多くなる。一方、第２のリセ
ット用ＭＯＳトランジスタＱＲ２により完全にリセット
されると、バイアス電圧は、不完全なリセットに比べて
より大きくなる。よって、第２のリセット用ＭＯＳトラ
ンジスＱＲ２を配置させることにより、本装置の赤外線
用フォトダイオードは、赤外線に対して高感度になると
いう効果もある。

【０１６９】次に、上記構成の画素１４１の動作につい
て、図１１に示すタイミングチャートに従って説明す
る。尚、図１１には、一定のタイミング毎に入射する赤
外線輻射量を検知する１つの画素１４１が、連続した２
フレーム、即ち第Ｎ−１フレーム（直前のフレーム）、
第Ｎフレーム（現在のフレーム）で入射する赤外線輻射
量を検出して、その読み出し動作を行う場合を示してい
る。また、その他の駆動パルス波形は、図４におけるφ
ＲＳＶより下の駆動パルス波形と同じであるから省略し
てある。

【０１７０】また、マトリックス状に配置された画素の
うち同一の行の画素の読み出し動作は同じである。ここ
で、図１１の第Ｎ−１フレームまたは第Ｎフレームの期
間ｔ１０〜ｔ１６が第１行目の画素の読み出し動作を、
期間ｔ２０〜ｔ２６が、第２行目の画素の読み出し動作
を各々示している。また、ここでも、増幅用トランジス
タＱＡのゲート容量、転送用ＭＯＳトランジスタの拡散
容量、及び配線容量の各寄生容量の総和を「電荷蓄積部
ＣＳ１」と称す。

【０１７１】以下、第Ｎフレーム（現在のフレーム）に
おける第１行目の画素の読み出し動作を中心に説明す
る。従って、図１１のタイミングチャートの第Ｎフレー
ムの期間ｔ１０に至ったときから説明する。尚、第Ｎ−
１フレームにおける読み出し動作は、以下に説明する第
Ｎフレームにおける読み出し動作と同じである。第Ｎフ
レームでの期間ｔ１０に至る直前（第Ｎ−１フレームの
期間ｔ２６最後）、駆動パルスφＴＧ１，φＴＧ２がロ
ーレベルのため各画素の転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
はオフとなり、駆動パルスφＲＧ１，φＲＧ２がローレ
ベルのため各画素のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ
１はオフとなっている。

【０１７２】従って、このとき増幅用トランジスタＱＡ
のゲートはフローティング状態とされるが、電荷蓄積部
ＣＳ１の効果により、すでに直前の第Ｎ−１フレームで
転送用ＭＯＳトランジスタＱＴを介して各増幅用トラン
ジスタＱＡのゲートに転送された赤外線輻射量に応じた
電荷（第１の信号電荷）は、当該転送用ＭＯＳトランジ
スタＱＴがオフとなった後も各増幅用トランジスタＱＡ
のゲートに保持された状態となっている。増幅用トラン
ジスタＱＡは、そのゲートに蓄積された電荷が残ってい
る間（リセットされるまでの期間）に画素分離用ＭＯＳ
トランジスタＱＸがオンになると、ソースホロワ動作に
よりそのゲート電圧に応じた電気信号を出力する。

【０１７３】期間ｔ１１に至ると、駆動パルスφＰＸ１
がハイレベルに反転されることによって、第１行目の各
画素の画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸがオンとな
り、当該増幅用トランジスタＱＡは、ソースが当該垂直
読み出し線２ａ，２ｂに接続され、オン（選択）とな
る。このとき、第１行目の各画素の増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートには、すでに直前のフレームにおいて（第
Ｎ−１のフレームの期間ｔ１４において）赤外線輻射量
に応じた第１の信号電荷が転送され、該転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフとなった後も第１の信号電荷がそ
のまま保持されている。そして、この保持された第１の
信号電荷に応じた電気信号が垂直読み出し線２ａ，２ｂ
に出力される。

【０１７４】このとき、この第１行目の各増幅用トラン
ジスタＱＡは、上記したように、そのゲートに、直前の
フレーム（第Ｎ−１フレームの期間ｔ１４）において第
１の信号電荷が転送され、転送終了後（転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフ）もそのゲート電圧を保持してい
るため、ソースホロワ動作によって第１の信号電荷に応
じた第１の出力信号（第１の電気信号）を出力する。

【０１７５】期間ｔ１１の終了時、即ち、期間ｔ１２に
至ると、駆動パルスφＲＧ１がハイレベルに反転するこ
とにより、第１行目の各リセット用ＭＯＳトランジスタ
ＱＲ１がオンとなり、電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベ
ル）が第１行目の各増幅用トランジスタＱＡのゲートに
伝わる（ＣＳ１のリセット）。このリセット用ＭＯＳト
ランジスタＱＲ１のオンにより、前記増幅用トランジス
タＱＡのゲートから前記第１の信号電荷が排出されると
共に、該増幅用トランジスタＱＡのゲートが上記した電
源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）にバイアスされる。し
かし、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴはオフされている
ので、赤外線用フォトダイオードＰＤには電源電圧ＶＲ
Ｄが印加されない。

【０１７６】期間ｔ１２の終了時、即ち、期間ｔ１３に
至ると、駆動パルスφＲＧ１がローレベルに反転され、
第１行目の各リセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１が再
びオフとなる。これにより、第１行目の増幅用トランジ
スタＱＡのゲートはフローティング状態とされるが、電
荷蓄積部ＣＳ１の効果によって、当該ゲートは、前記電
源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）にバイアスされたまま
の状態が保持される。

【０１７７】期間ｔ１３の終了時、即ち、期間ｔ１４に
至ると、駆動パルスφＴＧ１がハイレベルに反転され、
第１行目の各画素１４１の転送用ＭＯＳトランジスタＱ
Ｔがオンとなり、第１行目の各画素１の赤外線用フォト
ダイオードＰＤにおいて生成・蓄積された赤外線輻射量
に応じた電荷（第２の信号電荷）が、第１行目の各画素
の増幅用トランジスタＱＡのゲートに転送される。この
第２の信号電荷が、第Ｎフレームにおける入射した赤外
線輻射量に応じた信号電荷となる。

【０１７８】このように増幅用トランジスタＱＡのゲー
トに、第Ｎフレーム（現在のフレーム）における入射し
た赤外線輻射量に応じた電荷（第２の信号電荷）が転送
されると、各増幅用トランジスタＱＡのゲート電位は、
転送された電荷の分だけ変化するので、第１行目の増幅
用ＭＯＳトランジスタＱＡがソースホロワ動作をし、当
該増幅用トランジスタＱＡのソースの電位は、前記ゲー
ト電位の変化分だけ変化する。

【０１７９】この場合、ソースホロワ動作をする第１行
目の各増幅用トランジスタＱＡからは第２の信号電荷に
応じた第２の出力信号（第２の電気信号）が、このとき
オンとなっている画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸを
介して、垂直読み出し線２ａ，２ｂに出力される。期間
ｔ１４の終了時、即ち、期間ｔ１５の開始時には駆動パ
ルスφＴＧ１がローレベルに反転され、第１行目の各転
送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフとなり、第１行目の
画素の赤外線用フォトダイオードＰＤにおいて生成・蓄
積された赤外線輻射量に応じた電荷（第２の信号電荷）
の増幅用トランジスタＱＡのゲートへの転送が終了し、
該増幅用トランジスタＱＡのゲートは再びフローティン
グ状態とされる。しかし、電荷蓄積部ＣＳ１の効果によ
って、転送された電荷（第２の信号電荷）の分だけ該ゲ
ートの電位が変化したままその状態が保持される。

【０１８０】ついでながら、この第Ｎフレームで、現在
のフレームに対する第２の信号電荷として当該ゲートに
転送された電荷は、次の第Ｎ＋１フレーム（図示省略）
でこのゲートがリセットされるまで（リセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１がオンとなるまで）保持される。こ
の結果、このときゲートに蓄積されている電荷が、第Ｎ
＋１フレームでは第１の信号電荷（直前のフレームに対
する電荷）として用いられる。

【０１８１】このように転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
がオンとなって第２の信号電荷が、増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに一旦転送され、その後、転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフとなっても、当該第２の信号電荷
がゲートに保持されるので、画素分離用ＭＯＳトランジ
スタＱＸがオン状態であれば、増幅用トランジスタＱＡ
からは、その後ゲートがリセットされるまでのソースホ
ロワ動作で（期間ｔ１４以降）、ゲートに蓄積された電
荷（第２の信号電荷）に応じた信号（電圧信号）が出力
されることとなる。

【０１８２】期間ｔ１６に至ると、駆動用パルスφＲＰ
１がハイレベルになり第２のリセット用ＭＯＳトランジ
スタＱＲ２がオンとなり、赤外線用フォトダイオードＰ
Ｄは、リセット（プリチャージ）される。その後、駆動
用パルスφＲＰ１は期間ｔ１６中にローレベルになる。
また、期間ｔ１６の後半、すなわち、期間ｔ２０に至る
前に駆動パルスφＰＸ１がローレベルに戻され、第１行
目の画素が垂直読み出し線２ａ，２ｂから分離される。

【０１８３】続く期間ｔ２０〜ｔ２６においては、第２
行目の画素に対して、上記した期間ｔ１０〜ｔ１６にお
ける第１行目の画素の読み出し動作と同様の動作が繰り
返して行われ、この第２行目の画素から当該第Ｎフレー
ムにおける異値信号（ディジタル信号）が、順次出力端
子ＶＯから出力される。なお、赤外線用フォトダイオー
ドＰＤが、入射する赤外線によって光電変換する期間
は、第２のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ２がオフ
してから転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオンする期
間、即ち、駆動パルスφＲＰ１がローレベルに反転して
から駆動パルスφＴＧ１がハイレベルに反転する期間で
ある。

【０１８４】一方、第１の実施形態においては、転送用
ＭＯＳトランジスタＱＴがオフしてから再度オンするま
での期間、即ち、図４において、駆動パルスφＴＧ１が
ローレベルに反転してから、再度ハイレベルに反転する
までの期間である。このように、本実施形態の動体検出
用赤外線固体撮像装置は、第２のリセット用ＭＯＳトラ
ンジスタを配置したことにより、電子シャッターとして
の効果も有するのである。 （第４の実施例）以下、本発明の第４の実施形態につい
て、図１２、図１３を用いて説明する。この第４の実施
形態は、画素１５１の構成と垂直走査回路が１５６が前
記第１の実施形態（又は第２の実施形態）の画素１垂直
走査回路６と異なっている。

【０１８５】図１２は、本発明の第４の実施形態の画素
１５１を示す回路図である。図から判るように、赤外線
用フォトダイオードＰＤ、増幅用トランジスタＱＡ、転
送用ＭＯＳトランジスタＱＴ、リセット用ＭＯＳトラン
ジスタＱＲ１、画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸは、
第１の実施形態と同じである。よって、ｐ型シリコン基
板によるショットキー接合を使用することや、上記のト
ランジスタがすべてｎチャネル型であることも同様であ
り、ここではその構成や効果に関する説明を省略する。

【０１８６】本実施形態の画素１５１が第１の実施形態
の画素１と異なる点は、第２の転送用ＭＯＳトランジス
タ（第２の転送回路）ＱＲＴが赤外線用フォトダイオー
ドＰＤと転送用ＭＯＳトランジスタＱＴの間、且つ、赤
外線用フォトダイオードＰＤとリセット用ＭＯＳトラン
ジスタＱＲ１の間に配置される点にある。当然ながら、
第２の転送用ＭＯＳトランジスタＱＲＴは、ｎチャネル
型で構成されたＭＯＳトランジスタである。そして、第
２の転送用ＭＯＳトランジスタＱＲＴのゲートは、垂直
走査回路１５６から出力される駆動パルスφＲＰ１（別
の行ではφＲＰ２、φＲＰ３・・・）が印加されるよう
になっている。

【０１８７】第１の実施形態では、リセット用ＭＯＳト
ランジスタＱＲ１がオンすることにより、増幅用トラン
ジスタＱＡのゲート（正確には電荷蓄積部ＣＳ１）がリ
セットされる。また、その後に転送用ＭＯＳトランジス
タＱＴがオンすることにより、赤外線用フォトダイオー
ドＰＤで生じて蓄積されたの信号電荷が増幅用トランジ
スタＱＡのゲートに転送されて、当該赤外線用フォトダ
イオードＰＤがリセットされる。

【０１８８】一方、本実施形態では、リセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１と転送用ＭＯＳトランジスタＱＴが
同時にオンされると、増幅用トランジスタＱＡのゲート
に電源電圧ＶＲＤが供給されてこれがリセットされる。
また、リセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１と第２の転
送用ＭＯＳトランジスタＱＲＴが同時にオンされると、
赤外線用フォトダイオードＰＤに電源ＶＲＤが供給され
て、これがリセットされる。

【０１８９】即ち、赤外線用フォトダイオードＰＤは、
増幅用トランジスタＱＡとは別個にリセットすることが
可能となる。よって、仮に信号電荷が転送動作の際に、
赤外線用フォトダイオードＰＤに残留したとしても、リ
セット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１と第２の転送用ＭＯ
ＳトランジスタＱＲＴを同時にオンさせることにより、
完全にこれをリセットすることが可能となる。赤外線用
フォトダイオードＰＤのリセットを完全に行えば、残像
の発生の無い良好な赤外線映像が得られる。また、それ
により、誤信号の無い異値信号が得られる。

【０１９０】ところで、ショットキー型の赤外線用フォ
トダイオードは、バイアス電圧を大きくすれば感度が向
上することが知られている。即ち、バイアス電圧が大き
いと、電荷の発生量がより多くなる。一方、赤外線用フ
ォトダイオードＰＤがリセット用ＭＯＳトランジスタＱ
Ｒ１及び第２の転送用ＭＯＳトランジスタにより完全に
リセットされると、バイアス電圧は、より大きくなる。
よって、本装置の赤外線用フォトダイオードは、不完全
なリセットに比べて赤外線に対して高感度になるという
効果もある。

【０１９１】次に、上記構成の画素１５１の動作につい
て、図１３に示すタイミングチャートに従って説明す
る。尚、図１３には、一定のタイミング毎に入射する赤
外線輻射量を検知する１つの画素１５１が、連続した２
フレーム、即ち第Ｎ−１フレーム（直前のフレーム）、
第Ｎフレーム（現在のフレーム）で入射する赤外線輻射
量を検出して、その読み出し動作を行う場合を示してい
る。また、その他の駆動パルス波形は、図４におけるφ
ＲＳＶより下の駆動パルス波形と同じであるから省略し
てある。

【０１９２】また、マトリックス状に配置された画素の
うち同一の行の画素の読み出し動作は同じである。ここ
で、図１３の第Ｎ−１フレームまたは第Ｎフレームの期
間ｔ１０〜ｔ１６が第１行目の画素１の読み出し動作
を、期間ｔ２０〜ｔ２６が、第２行目の画素の読み出し
動作を各々示している。また、ここでも、増幅用トラン
ジスタＱＡのゲート容量、転送用ＭＯＳトランジスタの
拡散容量、及び配線容量の各寄生容量の総和を「電荷蓄
積部ＣＳ１」と称す。

【０１９３】以下、第Ｎフレーム（現在のフレーム）に
おける第１行目の画素の読み出し動作を中心に説明す
る。従って、図１３のタイミングチャートの第Ｎフレー
ムの期間ｔ１０に至ったときから説明する。尚、第Ｎ−
１フレームにおける読み出し動作は、以下に説明する第
Ｎフレームにおける読み出し動作と同じである。第Ｎフ
レームでの期間ｔ１０に至る直前（第Ｎ−１フレームの
期間ｔ２６最後）、駆動パルスφＴＧ１，φＴＧ２がロ
ーレベルのため各画素の転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
はオフとなり、駆動パルスφＲＧ１，φＲＧ２がローレ
ベルのため各画素のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ
１はオフとなっている。

【０１９４】従って、このとき増幅用トランジスタＱＡ
のゲートはフローティング状態とされるが、電荷蓄積部
ＣＳ１の効果により、すでに直前の第Ｎ−１フレームで
転送用ＭＯＳトランジスタＱＴを介して各増幅用トラン
ジスタＱＡのゲートに転送された赤外線輻射量に応じた
電荷（第１の信号電荷）は、当該転送用ＭＯＳトランジ
スタＱＴがオフとなった後も各増幅用トランジスタＱＡ
のゲートに保持された状態となっている。なお、増幅用
トランジスタＱＡは、そのゲートに蓄積された電荷が残
っている間（リセットされるまでの期間）に画素分離用
ＭＯＳトランジスタＱＸがオンになると、ソースホロワ
動作によりそのゲート電圧に応じた電気信号を出力す
る。

【０１９５】期間ｔ１１に至ると、駆動パルスφＰＸ１
がハイレベルに反転されることによって、第１行目の各
画素の画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸがオンとな
り、当該増幅用トランジスタＱＡは、ソースが当該垂直
読み出し線２ａ，２ｂに接続され、オン（選択）とな
る。このとき、第１行目の各画素の増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートには、すでに直前のフレームにおいて（第
Ｎ−１のフレームの期間ｔ１４において）赤外線輻射量
に応じた第１の信号電荷が転送され、該転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフとなった後も第１の信号電荷がそ
のまま保持されている。そして、この保持された第１の
信号電荷に応じた電気信号が垂直読み出し線２ａ，２ｂ
に出力される。

【０１９６】このとき、この第１行目の各増幅用トラン
ジスタＱＡは、上記したように、そのゲートに、直前の
フレーム（第Ｎ−１フレームの期間ｔ１４）において第
１の信号電荷が転送され、転送終了後（転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴがオフ）もそのゲート電圧を保持してい
るため、ソースホロワ動作によって第１の信号電荷に応
じた第１の出力信号（第１の電気信号）を出力する。

【０１９７】期間ｔ１１の終了時、即ち、期間ｔ１２に
至ると、駆動パルスφＲＧ１及びφＴＧ１がハイレベル
に反転することにより、第１行目の各リセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１及び転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
がオンとなり、電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）が第
１行目の各増幅用トランジスタＱＡのゲートに伝わる
（電荷蓄積部ＣＳ１のリセット）。

【０１９８】このリセット用ＭＯＳトランジスタＱＲ１
及び転送用ＭＯＳトランジスタＱＴのオンにより、前記
増幅用トランジスタＱＡのゲートから前記第１の信号電
荷が排出されると共に、該増幅用トランジスタＱＡのゲ
ートが上記した電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）にバ
イアスされる。しかし、第２の転送用ＭＯＳトランジス
タＱＲＴはオフされているので、赤外線用フォトダイオ
ードＰＤには電源電圧ＶＲＤが印加されない。

【０１９９】期間ｔ１２の終了時、即ち、期間ｔ１３に
至ると、駆動パルスφＲＧ１及びφＴＧ１がローレベル
に反転され、第１行目の各リセット用ＭＯＳトランジス
タＱＲ１及び転送用ＭＯＳトランジスタＱＴが再びオフ
となる。このことにより、第１行目の増幅用トランジス
タＱＡのゲートはフローティング状態とされるが、電荷
蓄積部ＣＳ１の効果によって、当該ゲートは、前記電源
電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）にバイアスされたままの
状態が保持される。

【０２００】期間ｔ１３の終了時、即ち、期間ｔ１４に
至ると、駆動パルスφＴＧ１及びφＲＰ１がハイレベル
に反転され、第１行目の各画素１５１の転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴ及び第２の転送用ＭＯＳトランジスタＱ
ＲＴがオンとなり、第１行目の各画素の赤外線用フォト
ダイオードにおいて生成・蓄積された赤外線輻射量に応
じた電荷（第２の信号電荷）が、第１行目の各画素の増
幅用トランジスタＱＡのゲートに直接転送される。この
第２の信号電荷が、第Ｎフレームにおける入射した赤外
線輻射量に応じた信号電荷となる。このように増幅用ト
ランジスタＱＡのゲートに、第Ｎフレーム（現在のフレ
ーム）における入射した赤外線輻射量に応じた電荷（第
２の信号電荷）が転送されると、各増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート電位は、転送された電荷の分だけ変化する
ので、第１行目の増幅用ＭＯＳトランジスタＱＡがソー
スホロワ動作をし、当該増幅用トランジスタＱＡのソー
スの電位は、前記ゲート電位の変化分だけ変化する。

【０２０１】この場合、ソースホロワ動作をする第１行
目の各増幅用トランジスタＱＡからは第２の信号電荷に
応じた第２の出力信号（第２の電気信号）が、このとき
オンとなっている画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸを
介して、垂直読み出し線２ａ，２ｂに出力される。期間
ｔ１４の終了時、即ち、期間ｔ１５の開始時には駆動パ
ルスφＴＧ及びφＲＰ１がローレベルに反転され、第１
行目の各転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ及び第２の転送
用ＭＯＳトランジスタＱＲＴがオフとなり、第１行目の
画素の赤外線用フォトダイオードＰＤにおいて生成・蓄
積された赤外線輻射量に応じた電荷（第２の信号電荷）
の増幅用トランジスタＱＡのゲートへの転送が終了し、
該増幅用トランジスタＱＡのゲートは再びフローティン
グ状態とされる。しかし、ＣＳ１の効果によって、転送
された電荷（第２の信号電荷）の分だけ該ゲートの電位
が変化したままその状態が保持される。

【０２０２】ついでながら、この第Ｎフレームで、現在
のフレームに対する第２の信号電荷として当該ゲートに
転送された電荷は、次の第Ｎ＋１フレーム（図示省略）
でこのゲートがリセットされるまで（リセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１及び転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
がオンとなるまで）保持される。この結果、このときゲ
ートに蓄積されている電荷が、第Ｎ＋１フレームでは第
１の信号電荷（直前のフレームに対する電荷）として用
いられる。

【０２０３】このように転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
及び第２の転送用ＭＯＳトランジスタＱＲＴがオンとな
って第２の信号電荷が、増幅用トランジスタＱＡのゲー
トに一旦転送され、その後、これらのＭＯＳトランジス
タがオフとなっても、当該第２の信号電荷がゲートに保
持されるので、画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸがオ
ン状態であるなら、増幅用トランジスタＱＡからは、そ
の後ゲートがリセットされるまでのソースホロワ動作で
（期間ｔ１４以降）、ゲートに蓄積された電荷（第２の
信号電荷）に応じた信号（電圧信号）が出力されること
となる。

【０２０４】期間ｔ１６に至ると、駆動パルスφＲＰ１
及びφＲＧ１がハイレベルになり第２の転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＲＴ及びリセット用ＭＯＳトランジスタＱ
Ｒ１がオンとなり、赤外線用フォトダイオードＰＤは、
リセット（プリチャージ）される。その後、駆動パルス
φＲＰ１及びφＲＧ１は期間ｔ１６中にローレベルにさ
れる。

【０２０５】また、期間ｔ１６の後半、すなわち、期間
ｔ２０に至る前に駆動パルスφＰＸ１がローレベルに戻
され、第１行目の画素が垂直読み出し線２ａ，２ｂから
分離される。続く期間ｔ２０〜ｔ２６においては、第２
行目の画素に対して、上記した期間ｔ１０〜ｔ１６にお
ける第１行目の画素の読み出し動作と同様の動作が繰り
返して行われ、この第２行目の画素から当該第Ｎフレー
ムにおける異値信号（ディジタル信号）が、順次出力端
子ＶＯから出力される。

【０２０６】なお、赤外線用フォトダイオードＰＤが、
入射する赤外線によって光電変換する期間は、第２の転
送用用ＭＯＳトランジスタＱＲＴ及びリセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ１が同時にオフしてから転送用ＭＯＳ
トランジスタＱＴ及び第２の転送用ＭＯＳトランジスタ
ＱＲＴが同時にオンする期間、即ち、駆動パルスφＲＰ
１及びφＲＧ１が同時にローレベルに反転してから駆動
パルスφＴＧ１及びφＲＰ１が同時にハイレベルに反転
する期間である。

【０２０７】一方、第１の実施形態においては、転送用
ＭＯＳトランジスタＱＴがオフしてから再度オンするま
での期間、即ち、図４において、駆動パルスφＴＧ１が
ローレベルに反転してから、再度ハイレベルに反転する
までの期間である。このように、本実施形態の動体検出
用赤外線固体撮像装置は、第２のリセット用ＭＯＳトラ
ンジスタを配置したことにより、電子シャッターとして
の効果も有するのである。

【０２０８】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、赤外線映
像による動体検出を行うことができる。また、本発明
は、連続した２フレーム間で得られた入射する赤外線輻
射量による電気信号（輝度信号）の差分を算出するの
で、いわゆる「動き」の検出ばかりではなく、撮像範囲
における温度変化領域なども検出することが可能であ
る。即ち、入射する赤外線輻射量の時間的変化を検出す
ることが可能となる。

【０２０９】請求項１に記載の発明によれば、連続した
２フレームの赤外線輻射量の差（輝度差）を、水平読み
出し線に転送する時点で２値化して出力できるので、動
体検出用赤外線固体撮像装置内での処理が可能になり、
その外部に、ＡＤ変換回路、画像メモリや画像処理回路
などの周辺回路を設ける必要がなくなり、装置全体とし
てコストの低減が図られる。

【０２１０】また、画素毎に異値信号を生成するための
回路（信号比較回路）を設ける場合に比べても、開口率
の向上、解像度の向上が図られる。また、画素から出力
された電気信号を、直前のフレームに対する電気信号と
現在のフレームに対する電気信号として用いて、異値信
号を生成しているので、トランジスタ毎の固定パターン
雑音や、ランダム雑音の影響を受けずに、動体検出処理
を行なうことができ、精度の高い、安定した動体検出処
理が可能になる。また、第１の水平読み出し線に読み出
される時点で、異値信号が２値化信号となっているた
め、シフトレジスタ等を用いた信号処理の高速化が図ら
れる。

【０２１１】請求項２に記載の発明によれば、動体検出
（異値信号の生成）と、赤外線映像信号であるビデオ信
号の生成とを同時に行うことができるので、上記の効果
の他、異値信号とビデオ信号を組み合わせた画像表示の
バリエーションが増えて、動体検出用赤外線固体撮像装
置の用途が著しく広がる。請求項３に記載の発明によれ
ば、連続した２フレームの電気信号を容易に画素から連
続して出力することが可能となる。

【０２１２】請求項４に記載の動体検出用赤外線固体撮
像装置によれば、光電変換部の赤外線に対する感度を向
上させることができ、また、汎用的なシリコン半導体プ
ロセスを採用することができる。請求項５または請求項
６に記載の発明によれば、電荷蓄積部（増幅用トランジ
スタのゲートを含む）のリセットと光電変換部のリセッ
トを個別に行うことが可能となる。よって、光電変換部
のリセット（プリチャージ）を十分に行うことができ、
例え光電変換部に電荷が残留していても残像等の発生の
無い良好な画像を得るという効果がある。

【０２１３】また、光電変換部のリセットを十分に行え
るので、光電変換部のバイアス電圧が増大して赤外線に
対する感度が向上するという効果もある。さらに、いわ
ゆる電子シャッター動作を容易に実現できるという効果
もある。請求項７に記載の発明によれば、連続した２フ
レームを２つのコンデンサにそれぞれ蓄積させ、それら
の信号を互いに比較して異値信号を得るので、信号比較
回路が簡略化されて小型化、低コスト化になる効果があ
る。

【０２１４】請求項８に記載の発明によれば、現在のフ
レームに対する出来信号と直前のフレームに対する電気
信号との大小関係の判別に用いるしきい値を自在に設定
できる。請求項９に記載の発明によれば、暗出力の差し
引かれたピュアな赤外線によるデオ信号がえられる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の動体検出用赤外線固
体撮像装置１０の概略構成を示す模式回路図である。

【図２】動体検出用赤外線固体撮像装置１０の異値検出
回路２０の内部構成を示す回路図である。

【図３】動体検出用赤外線固体撮像装置１０のビデオ信
号生成回路３０の内部構成を示す回路図である。

【図４】動体検出用赤外線固体撮像装置１０の動作を説
明するタイミングチャートである。

【図５】異値検出回路２０内の異値検出器ＸＡの入出力
特性の一例を示す特性図である。

【図６】動体検出用赤外線固体撮像装置１０の赤外線用
フォトダイオードＰＤ及び転送用ＭＯＳトランジスタＱ
Ｔの構造を示す断面図である。

【図７】第１の実施形態の変形例に係る動体検出用赤外
線固体撮像装置１１０である。

【図８】本発明の第２の実施形態の異値検出回路５０を
示す模式回路図である。

【図９】第２の実施形態の異値検出回路５０の動作を説
明するためのタイミングチャートである。

【図１０】本発明の第３の実施形態の画素を示す回路図
である。

【図１１】第３の実施形態の画素の動作を説明するタイ
ミングチャートである。

【図１２】本発明の第４の実施形態の画素を示す回路図
である。

【図１３】第４の実施形態の画素の動作を説明するタイ
ミングチャートである。

【図１４】従来の異値信号の生成するための画像処理装
置１００を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，１３１，１４１，１５１ 画素 ２ａ，２ｂ 垂直読み出し線 ６ 垂直走査回路 １０、１０１ 動体検出用赤外線固体撮像装置 １２ 水平読み出し線（第１の水平読み出し線） １３ シフトレジスタ（第１の水平走査回路） ２０，５０ 異値検出回路（信号比較回路） ３０ ビデオ信号生成回路 ３４ 水平読み出し線（第２の水平読み出し線） ３５ 第２の水平走査回路 ５０Ａ 第１のサンプルホールド回路 ５０Ｂ 第２のサンプルホールド回路 ＰＤ 赤外線用フォトダイオード（光電変換部） ＱＡ 増幅用ＭＯＳトランジスタ ＱＴ 転送用ＭＯＳトランジスタ ＱＲ１ リセット用ＭＯＳトランジスタ ＱＸ 画素分離用ＭＯＳトランジスタ ＱＲ スイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第１のスイッチ
回路） ＱＳ スイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第２のスイッチ
回路） ＱＲ２ 第２のリセット用ＭＯＳトランジスタ ＱＲＴ 第２の転送用ＭＯＳトランジスタ ＣＲ 第１の異値化用コンデンサ ＣＳ１ 電荷蓄積部 ＣＳ 第２の異値化用コンデンサ ＸＡ 異値検出器 ＩＮＶ１，ＩＮＶ２ インバータ（２値化回路） ＣＶ ホールド容量 ＱＶ スイッチ用ＭＯＳトランジスタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 マトリクス状に配列され、入射する赤外
   線輻射量に応じた電気信号を出力する複数の画素と、 前記複数の画素の列毎に設けられた複数の垂直読み出し
   線と、 前記複数の画素の特定の行を選択して、当該画素からの
   電気信号を一定のタイミングで、当該垂直読み出し線に
   転送する垂直走査回路と、 前記複数の垂直読み出し線上に各々配置され、一定のタ
   イミングで画素から前記垂直読み出し線に出力された電
   気信号を直前のフレームの電気信号として記憶すると共
   に、該記憶した電気信号と、次の一定タイミングで当該
   画素から出力された現在のフレームに対する電気信号と
   を比較してこれらの比較した結果をあらわす異値信号を
   出力する信号比較回路と、 前記複数の垂直読み出し線から各々出力された異値信号
   を順次水平読み出し線に転送する水平走査回路とを備え
   ていることを特徴とする動体検出用赤外線固体撮像装
   置。
2. 【請求項２】 マトリクス状に配列され、入射する赤外
   線輻射量に応じた電気信号を出力する複数の画素と、 前記複数の画素の列毎に設けられた複数の垂直読み出し
   線と、 前記複数の画素の特定の行を選択して、当該画素からの
   電気信号を一定のタイミングで、当該垂直読み出し線に
   転送する垂直走査回路と、 前記複数の垂直読み出し線上に各々配置され、一定のタ
   イミングで画素から前記垂直読み出し線に出力された電
   気信号を直前のフレームの電気信号として記憶すると共
   に、該記憶した電気信号と、次の一定タイミングで当該
   画素から出力された現在のフレームに対する電気信号と
   を比較してこれらの比較した結果をあらわす異値信号を
   出力する信号比較回路と、 前記複数の垂直読み出し線上に各々配置され、一定のタ
   イミングで当該画素から前記垂直読み出し線に出力され
   る現在のフレームに対する電気信号に基づいて赤外線映
   像信号を生成し、出力するビデオ信号生成回路と、 前記信号比較回路から、前記複数の垂直読み出し線の各
   々に対応して出力される前記比較した結果をあらわす異
   値信号を、順次、第１の水平読み出し線に転送する第１
   の水平走査回路と、 前記ビデオ信号生成回路から、前記複数の垂直読み出し
   線の各々に対応して出力される前記赤外線映像信号を、
   順次、第２の水平読み出し線に転送する第２の水平走査
   回路とを備えていることを特徴とする動体検出用赤外線
   固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記画素は、 入射する赤外線輻射量に応じた電荷を生成し蓄積する光
   電変換部と、 当該光電変換部から出力される赤外線輻射量に応じた電
   荷が転送されてこれを保持する電荷蓄積部と、 前記光電変換部と前記電荷蓄積部とを電気的に接続／分
   離する転送用トランジスタと、 前記電荷蓄積部に保持された電荷に応じた電気信号を生
   成し、そのゲートが前記電荷蓄積部の一部をなす増幅用
   トランジスタと、 当該画素の前記増幅用トランジスタと前記垂直読み出し
   線とを接続／分離する画素分離用トランジスタと、 前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を当該画素の外部に放
   出するために前記電荷蓄積部と接続され、これにリセッ
   トするための電源電圧を供給するリセット用トランジス
   タとを備えることを特徴とする請求項１または請求項２
   のいずれかに記載の動体検出用赤外線固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記光電変換部は、白金シリサイドとＰ
   型シリコンとのショットキー接合による赤外線用フォト
   ダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の動
   体検出用赤外線固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記画素は、前記光電変換部と接続され
   てこれをリセットするための電源電圧を供給する第２の
   リセット用トランジスタをさらに有することを特徴とす
   る請求項３または請求項４のいずれかに記載の動体検出
   用赤外線固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記光電変換部と前記転送用トランジス
   タの間に接続され、且つ、前記光電変換部と前記リセッ
   ト用トランジスタの間に接続される第２の転送用トラン
   ジスタを前記画素にさらに有することを特徴とする請求
   項３または請求項４のいずれかに記載の動体検出用赤外
   線固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記信号比較回路は、前記直前のフレー
   ムに対する電気信号を記憶する第１の異値化用コンデン
   サと、前記現在のフレームに対する電気信号を記憶する
   第２の異値化用コンデンサとを備え、前記第１の異値化
   用コンデンサに記憶された前記直前のフレームに対する
   電気信号と前記第２の異値化用コンデンサに記憶された
   前記現在のフレームに対する電気信号との差分の大きさ
   が所定値以上のときに、論理ローレベルまたは論理ハイ
   レベルを示す信号を出力することを特徴とする請求項１
   から請求項６のいずれかに記載の動体検出用赤外線固体
   撮像装置。
8. 【請求項８】 前記信号比較回路は、 ２つの入力端子を有する２値化回路と、 該２値化回路の一方の入力端子に接続された第１のサン
   プルホールド回路と、該２値化回路の他方の入力端子に
   接続された第２のサンプルホールド回路とを備え、 前記第１のサンプルホールド回路を用いて、前記現在の
   フレームに対する電気信号の値と前記直前のフレームに
   対する電気信号の値とに対する差分が、第１の所定値よ
   り高いときに論理ハイレベルまたは論理ローレベルを示
   す信号を出力し、 前記第２のサンプルホールド回路を用いて、前記現在の
   フレームに対する電気信号の値と前記直前のフレームに
   対する電気信号の値とに対する差分が、第２の所定値よ
   り高いときに論理ハイレベルまたは論理ローレベルを示
   す信号を出力することを特徴とする請求項１から請求項
   ６のいずれかに記載の動体検出用赤外線固体撮像装置。
9. 【請求項９】 前記ビデオ信号生成回路は、前記リセッ
   ト用トランジスタにより前記増幅用トランジスタのゲー
   トが前記電源電圧を供給されてリセット動作が行われた
   ときに該電源電圧に応じて出力される暗出力信号と、前
   記リセット動作後に前記転送用トランジスタによって前
   記光電変換部からの電荷が前記増幅用トランジスタのゲ
   ートに転送されたときに画素より出力される電気信号と
   の差を現在のフレームにおけるビデオ信号として生成す
   ることを特徴とする請求項３に記載の動体検出用赤外線
   固体撮像装置。