JPH04189081A

JPH04189081A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH04189081A
Application number: JP2319443A
Authority: JP
Inventors: Katsufumi Ohashi; 大橋　勝文; Yuichiro Ito; 雄一郎伊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-07
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JP2799072B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕赤外線を受光して撮像信号を得る赤外線撮像装置に関し
、強力な赤外光が入射しても飽和せず、撮像温度範囲を広
くすることを目的とし、赤外光を光電変換する受光部と、該光電変換により発生
した電荷を蓄積する蓄積部と、該蓄積された電荷を読み
出すために移送させる移送ゲートとを有する画素が並設
された撮像素子を有する赤外線撮像装置において、前記
電荷が前記蓄積部に蓄積される単位時間内で蓄積開始よ
り所定時間後に、該蓄積された電荷をリセットするリセ
ットゲートを前記画素に設ける構成とし、また、前記移
送ゲート及び前記リセットゲートの開閉を制御すると共
に、該リセットゲートが動作された前記画素からの出力
信号を所定倍にして出力させる制御手段を有する構成と
する。

（産業上の利用分野〕本発明は、赤外線を受光して撮像信号を得る赤外線撮像
装置に関する。

近年、赤外線撮像装置は、電子ビームによる制限がなく
、赤外線領域の不可視光線用の撮像デバイスとして法用
範囲か広いことから研究か盛んに行われている。この赤
外線撮像装置は、高性能化に伴い、撮像可能な温度範囲
を拡大することが要求されている。

〔従来の技術〕

第６図に、従来の赤外線撮像装置の動作を説明するため
の図を示す。第６図（Ａ）は、例えばＩＲＣＣＤ　（赤
外線電荷結合素子）等の赤外線撮像装置であり、蓄積部
５０に赤外光か入射されると、電荷が蓄積される。そし
て、赤外光の入射が終了すると、移送ゲート５１を開放
して電荷を移送し、出力電圧を撮像信号として出力する
ものである。

この場合、出力電圧は入射赤外光に対して比例して出力
される。

ところて、強い赤外光が入射すると、実際の撮像視野は
第６図（Ｂ）に示すような強度の差Ａ。

Ｂとして認識されるが、蓄積部５０に発生する電荷量が
該蓄積部の許容電荷量を上回り、当該レベルで飽和する
。このため、撮像画面上では、第６図（Ｃ）に示すよう
な濃淡のない状態として認識される。この傾向は感光波
長か３〜５μｍ帯で特に強く現われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述のように強い赤外光で飽和状態か生じると
、どのような強度パターンの赤外光か入射しているかの
情報か失われることとなり、ひいては撮像可能な温度範
囲を狭くしているという問題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたちので、強力
な赤外光か入射しても飽和せず、撮像温度範囲の広い赤
外線撮像装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に、本発明の原理図を示す。第１図（Ａ）は一画
素の構成概念図を示したものである。

第１図（Ａ）の画素１において、２は受光部であり、赤
外光を充電変換する。３は蓄積部であり、光電変換によ
り発生した電荷を蓄積する。４は移送ゲートであり、蓄
積部３に蓄積された電荷を読み出すために移送させる。

そして、５はリセットゲートであり、電荷が蓄積部３に
蓄積される単位時間内で蓄積開始より所定時間後に、該
蓄積された電荷をリセットさせる。

このような画素１が複数個並設されて赤外線撮像素子が
構成され、前記移送ゲート４及びリセットゲート５の開
閉等の制御を制御手段（＠示せず）により行う。

〔作用〕

第１図（Ａ）に示すように、リセットゲート５を設けて
赤外光の受光により蓄積部３に蓄積された電荷を所定時
間後ｌこ一旦クリアにする。すなわち、第１図（Ｂ）に
示すように、時間ｔ０より電荷の蓄積が開始され、蓄積
許容電荷量の時間ｔ！まてに（単位時間）当該画素が飽
和しない程度の赤外光の照射であれば、リセットゲート
５を開放せずに電荷の蓄積を行う（第１図（Ｂ）■）。

そして時間ｔ、で移送ゲート４を開放して撮像信号を出
力する。

一方、強い赤外光で単位時間内（ｔｏからｉｔ）に蓄積
許容電荷量を越える場合には、時間ｔ＋　　（ｔｏ　＜
ｔ＋　＜ｔｌ）でリセットゲート５を開放して電源Ｖに
電荷を送りリセットする。そして、新たに電荷の蓄積を
行い、時間ｔ、において移送ゲート４を開放し、所定倍
にして撮像信号を出力するものである（第１図（Ｂ）■
）。すなわち、複数の画素が並設された赤外線撮像素子
の各画素の蓄積時間を変化させるものである。これによ
り、強い赤外光が入射すると、実際の撮像視野は第１図
（Ｃ）に示すような強度の差Ａ、Ｂが、撮像画面上でも
第１図（Ｄ）に示すような濃淡Ａ。

Ｂとして現われる。

従って、強い赤外光が入射しても当該画素の出力信号（
撮像信号）レベルが飽和しないことから、撮像温度範囲
を広くすることか可能となる。

〔実施例〕

第２図に、本発明の一実施例の構成図を示す。

第２図において、赤外線撮像素子ＩＯは、複数の画素Ａ
−１がマトリクス状に並設されている。一つの画素（例
えばＡ）は、第３図に示すように、受光部２．蓄積部３
．移送ゲート４．水平リセットゲート５ａ、垂直リセッ
トゲート５ｂ、入力ゲート６及び続出しゲート７より構
成される。

そこで、第２図に戻って説明するに、各画素Ａ〜Ｉの水
平リセットゲート５ａは、垂直に配設された一群ごとに
トランジスタＴｒｉ〜Ｔｔ３を介して電源Ｖに接続され
、トランジスタＴｒｉ−Ｔｔ３を水平方向のα１．β、
、γ１の単位で水平デコーダ１）がリセット信号ＲＧ　
＋により駆動する。また、垂直リセットゲート５ｂは、
水平に配設された一群ごとに垂直方向のα１．β７．γ
、の単位で垂直デコーダ１２がリセット信号ＲＧ、によ
りゲート開閉を行う。入力ゲート６にはバイアス（工Ｇ
）が加えられ、蓄積部３には蓄積を行うためのバイアス
（ＳＧ）が加えられる。また、移送ゲート４は、水平に
配設された一群ごとに垂直方向のｒ、ｔ　ｍの単位でシ
フトレジスタＩ３が移送信号ＴＧにより走査する。そし
て、続出しゲート７は、垂直に配設された一群ごとに読
出し用ＣＣＤ１４が続出しを行う。

一方、制御手段２０は、デコーダ制御回路２１゜信号判
別回路２２及び演算回路２３により構成される。デコー
ダ制御回路２１は、水平デコーダ１）及び垂直デコーダ
１２を制御する。信号判別回路２２は読出し用ＣＣＤ　
ｌ　４からの信号のレベルを判断して、デコーダ制御回
路２１の次のリセットタイミング時間の基礎とすると共
に、演算回路２３で該続出し信号を所定倍にシフトさせ
て撮像信号を出力させるものである。

次に、上記赤外線撮像装置の動作について説明する。こ
こで、第４図に、一画素の動作を説明するための図を示
す。第４図において、受光部２は赤外光によりフォトダ
イオード２ａか導通状態となり、入力ゲート６へのバイ
アス（ＴＧ）及び蓄積部３へのバイアス（ＳＧ）により
負の電荷が該蓄積部３に蓄積される。この蓄積された電
荷は、移送ゲート４への移送信号ＴＧで読出し用ＣＣＤ
１４に電荷が移送（出力）される。この場合、水平リセ
ット状態）５ａ及び垂直リセットゲート５ｂにリセット
信号ＲＧ、及びＲＧ、か印加されると、該蓄積部３に蓄
積された負の電荷が電源Ｖに流れ、当該蓄積部３内の電
荷は零となりリセット状態になる。

そこで、第２図において画素Ｅ、Ｈが飽和レベルを越え
る強度の赤外光を受光した場合を、第５図の動作説明図
に基づいて説明する。まず、赤外光に対して総ての画素
Ａ−１か単位時間（蓄積時間）受光を行い（第１図（Ｂ
）■参照）、読出し用ＣＣＤ１４を介して信号判別回路
２２が、各画素の何れかが飽和レベルに達しているか否
かを判断する。画素Ｅ及びＨが飽和レベル以上の場合に
は（第５図（Ａ）　）、該信号判別回路２２によりデコ
ーダ制御回路２１にリセットタイミング時間を、例えば
１／２に設定する。なお、総ての画素Ａ〜Ｉが飽和レベ
ル以下であれば、リセットの設定は行わない。

次に、デコーダ制御回路２１は、上記設定に即して、画
素Ｅ、Ｈを、蓄積時間（単位時間）の半分の時間で水平
及び垂直デコーダ１）．１２よりリセット信号ＲＧ、（
β、）及びＲＧ、（β、。

γ、）を出力させてリセット状態）５ａ、５ｂを開放し
てリセット状態とする（第５図（Ｂ））。

そして、該画素Ｅ、Ｈは単位時間の残りの半分の時間で
電荷の蓄積を行う（第５図（Ｃ））。すなわち、蓄積時
間が半分となることから、飽和をさせない状態で処理す
るものである。

そこで、単位時間経過後に移送ゲート４が開放されて読
出し用ＣＣＤ　Ｉ　４を介して出力信号か信号判別回路
２２に入力されると、再度飽和レベル以上か否かを判別
すると共に、演算回路２３に出力信号を送る。演算回路
２３では画素Ｅ、Ｈの出力信号を２倍にシフトして撮像
信号を出力するものである（第５図（Ｄ））。これによ
り、画素ＥとＨでは撮像画面上で強度の差が現われるこ
とどなる。

なお、上記実施例では、電荷のリセットを一回行わせた
場合を示したが、残りの蓄積時間で再び飽和レベルを越
える場合には、さらに残りの蓄積時間の半分でリセット
を行わせることとすればよい。そして、これらの繰返し
により順次リセット時間をさらに残りの蓄積時間の半分
づつに縮めることも可能である。

また、上記実施例は、便宜上単位時間の半分のタイミン
グでリセットを行うこととしたものであるが、本発明は
半分に限られるものではなく、電荷の蓄積を行う単位時
間内で１回以上のリセットを行わせることを要部とした
ものである。

これにより、強い赤外光か入射しても飽和か起りにくく
、目標からの情報が失われる確率か減少すると共に、入
射光量が少ない場合には演算回路２３で信号を積算し、
出力増幅を行うことから高感度となり、入射光量か多い
場合には感度を低（してダイナミックレンジの広い画像
を得ることかできる。すなわち、撮像温度範囲を広くす
ることができるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、電荷蓄積の単位時間内で
所定時間後に蓄積された電荷をリセットすることにより
、強力な赤外光であっても飽和状態になることかなく、
撮像温度範囲を広くすることができ、高性能化を図るこ
とかできる。また、入射光量が少ない場合、制御手段に
より画素からの出力信号を所定回数積算にすることによ
り、入射光量の多い部分があっても感度を高くすること
ができる。また、入射光量が少ない場合は、感度か高く
、多過ぎる場合は感度を低くてきるのでダイナミックレ
ンジの広い画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の一実施例の構成図、第３図は第２図における一画素の平面構成図、第４図は
一画素の動作を説明するための図、第５図は第２図の動
作を説明するための図、第６図は従来の赤外線撮像装置
の動作を説明するだめの図である。図において、１は画素、２は受光部、３は蓄積部、４は移送ゲート、５はリセットゲート、６は入力ゲート、７は読出しゲート、２０は割面手段を示す。特許出願人　富　士　通　株式会社（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｄ）本発明
の原理説明図第２図における一画素の平面構成図第３図一画素の動作を説明するだめの図赤外光（Ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）赤外光を光電変換する受光部（２）と、該光電変
換により発生した電荷を蓄積する蓄積部（３）と、該蓄
積された電荷を読み出すために移送させる移送ゲート（
４）とを有する画素（１）が並設された撮像素子を有す
る赤外線撮像装置において、前記電荷が前記蓄積部（３）に蓄積される単位時間内で
蓄積開始より所定時間後に、該蓄積された電荷をリセッ
トするリセットゲート（５）を前記画素（１）に設ける
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
（２）前記移送ゲート（４）及び前記リセットゲート（
５）の開閉を制御すると共に、該リセットゲート（５）
が動作された前記画素（１）からの出力信号を所定倍に
して出力させる制御手段（２０）を有することを特徴と
する請求項（１）記載の赤外線撮像装置。