JPS6237963A - 焦電形赤外撮像装置 - Google Patents

焦電形赤外撮像装置

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JPS6237963A
JPS6237963A JP60177905A JP17790585A JPS6237963A JP S6237963 A JPS6237963 A JP S6237963A JP 60177905 A JP60177905 A JP 60177905A JP 17790585 A JP17790585 A JP 17790585A JP S6237963 A JPS6237963 A JP S6237963A
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pyro
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Mitsuo Nakayama
光雄 中山
Takeshi Ishihara
健 石原
Eizo Yamaga
山香 英三
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は固体走査回路を用いた焦電形赤外撮像装置の信
号読み出し方式の改善に関するものである。
従来の技術 第10図はCOD走査回路上に、焦電形センサを積層し
た焦電形C0D(パイロC0D)の従来の信号読み出し
方式(信号電流注入方式)を説明するための単位画素の
等価回路と駆動ポテンシャルの概念図である。
焦電形センサには光チョッパの開閉に応じて正と負の電
荷が生じる。Si −CODではどちらか一方の電荷の
みを読み出すように動作する。そのため、両方の符号の
入力信号電荷を受は入れられるように、従来例では、C
ODの転送可能な最大電荷量の半分をバイアス電荷とし
て、光チョッパの開閉に同期して電気的に注入していた
第10図において、光チョッパの開閉に応じて、焦電形
センサ(パイロセンサ)1o6で発生した正負の信号電
荷1.11,112は読み出しゲートGR1(1o3)
を介してCOD走査部GT1(104)、GT2(10
5)K転送される。とのとき、光チョッパの開閉に同期
させて、一度、前記入力ダイオード部101をリセント
レベル109にリセットさせた後、バイアス電荷110
を電気的に注入した状態で、入力ダイオード部101に
パイロセンサの正負両極の信号電荷111゜112を蓄
積させ、一定蓄積時間後、ゲートGR1(103)を介
1.テ、COD走査部102に読み込む動作をする。こ
れは、例えば、アール・フトン他  インフレアート 
フィジックス(R+Watton。
etal、 Infrared Phys) vol 
22. PP、 259〜2751982に述べられて
いる。
発明が解決しようとする問題点 従来例のように、初期バイアス電荷を電気的に注入させ
ようとする場合、バイアス電荷注入のための入力機構(
例えばダイオード・カット・オフ法)を新たに付加しな
くてはいけない。そのため2、以下の問題点が発生した
(1)単位画素のセルサイズが犬きくなる。
(2)構造が複雑になる。
(3)駆動が複雑になる。
このため、従来の電気的注入法の延長技術では、2次元
エリアセンサとして実用的な解像度を持つ画素数(40
0HX500■)を得ようとすると、単にチップサイズ
が大きくなるだけでなく、駆動的にも非常に困難な面が
あった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、焦5ベーヅ 型彫赤外撮像装置の信号読み出し方式の改善を図る新規
なる構造を提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、センザ面上、又は
半導体基板裏面から光(主に可視以下の領域の光)を、
連続的に又は赤外光に対する光チョッパの開閉に同期さ
せて、走査部の蓄積ダイオードに照射させ、この動作に
信号読み出し動作を連動させるものである。
作  用 本発明は、上記した構成により、蓄積ダイオードに可視
光で初期バイアス電荷を発生させ、パイロセンサの正、
負の信号電荷の読み出しを可能にする。
実施例 本発明の一実施例を第1図、第2図、第3図を用いて説
明する。第1図は、2次元の焦電形赤外撮像装置におい
て、走査回路として用いたSi(シリコン)−CODの
蓄積ダイオードに可視光を照射して、バイアス電荷を発
生させる撮像シス6ベーノ テムを概略的に示したものである。ここで、1゜は赤外
画像、11はGeで形成された赤外レンズ、12はベル
ト状の光チョッパでTV画面の垂直走査に同期し、かつ
画面の水平走査方向と常に平行を保ちながら移動する。
12−1は、ベルト状光チョッパの開口部で、12−2
はベルトの送り穴である。光チョッパ12によシ開閉さ
れた赤外画像1oは、パイロCCD15上に像を結ぶ。
一方、パイロC0D15上には、バイアス電荷を発生さ
せる可視光13が反射板14−1を介して連続的に照射
されている。
第2図は、パイoCCDの単位画素の概略的な断面構造
図である。ここで赤外画像10はCr電極2oを介して
PVDF高分子フィルム等のパイロフィルム21に入射
スる。パイロフィルム21は光チョッパ12の開閉に応
じて、正負両極の信号電荷を発生し、この信号電荷によ
る電位変動は、poly−8t(ポリシリコン)電極2
2を介して蓄積ダイオード23のバイアス電荷を変調さ
せる。
一定蓄積時間後、読み出しゲート24を介して7/・−
7 COD転送段25に読み込まれ、垂直転送され、その後
続いて水平転送されて画像信号として外部に取り出され
る。Cr電極20.パイロフィルム21 、 Po1y
−8t電極22とも、ある強度以上の可視光13は十分
透過するので、蓄積ダイオード23にSiのpn接合フ
ォトダイオードの効果でバイアス電荷を発生させること
が可能である。その他の構成要素として、26はSt基
板、27はゲート酸化膜、28はフィールド酸化膜、2
9はチャンネルストップ、3oはPo1y−8tで形成
された読み出しゲート電極を兼ねた転送電極、31はC
OD転送段への赤外光1o、及び可視光13の入射を阻
止するAll 、 Mo等で形成される光シールド板、
32はCV D  S 102膜等で形成される層間絶
縁膜である。
ここで第3図を用いて、本発明の動作を簡単に説明する
。光チヨツパ−12はTVの垂直走査に同期して、開、
閉をくシ返しく図d)、これに応じてパイロフィルム2
1よりなるセンサは正、負ダイオード23にバイアス電
荷がないと、負の信号電荷をCOD転送段に読み出すこ
とができない。
そこで、連続的な可視光を照射して(図b)、蓄積ダイ
オード23にバイアス電荷を注入してやると、図Cの走
査パルスに同期して、蓄積ダイオード23の電荷の変動
は図eのようになり、正の信号電荷はq(N+n)、負
の信号電荷はq(N−n)の形で外部に取り出される。
ここで、qNはバイアス電荷量、qnけパイロセンサの
出力電荷量である。
、本発明の他の実施例として、可視光を断続的に照射す
る場合を第4図、第5図を用いて説明する。
以下、説明を容易にするために、同一の構成要素は同じ
番号を用いて行う。
第4図は、本発明の撮像システムを概略的に示したもの
である。ここで、可視光反射板14−2は、光チヨツパ
−12の閉部の上に取り付けられ、ベルトの送シととも
に、移動する。そして可視光13の入射角を最適にする
ことにより、可視光13ヲヘルトの移動に従って、パイ
ロCcI)Its上を9ページ 移動照射する。とのため、可視光は連続的に照射してい
ても、パイbccDは断続的に照射することが可能とな
る。
次に、第5図を用いて、可視光を断続的に照射する本実
施例の動作を簡単に説明する。ここでは、可視光は光チ
ヨツパ−12の開、閉に同期して、閉に々っだ直後にの
み照射される(図b)。・そのため蓄積ダイオードの電
荷の変動は図eのように々る。すなわち、光チョッパー
の開の時はバイアス電荷なしに正の信号電荷qnが読み
出される。
光チョッパーの閉の時は、最初に可視光の照射によ勺バ
イアス電荷qNを発生させ、一定蓄積時間後、負の信号
電荷qnはq(N−n)の形で外部に取シ出される。ま
た、可視光源自体を断続的に点滅することによっても同
様の効果を得ることは可能である。
本発明の他の実施例として、可視光を半導体基側 板の裏面築ら照射する場合を第6図、第7図、第8図を
用いて説明する。以下、説明を容易にするため、同一の
構成要素は同一の番号を用いている。
10ページ 第6図は、可視光13をパイロccD15の基板裏面か
ら連続的に照射する場合の撮像システムを概略的に示し
たものである。ここで、可視光13はパイロCCD15
の基板裏面から照射され、蓄積ダイオード23にバイア
ス電荷を発生させる。
第7図は、可視光13をパイロCCD15の基板裏面か
ら断続的に照射する場合の撮像システムを概略的に示し
たものである。ここで、赤外画像10に対する光チョッ
パ12−1は、パイロCCD16の裏面側において、可
視光13に対する光チョッパにもなっている。そのため
、連続光を照射しているにもかかわらず、パイロCCD
15裏面には、断続的な照射を可能にする。
また、可視光源自体を断続的に点滅するととによっても
同様の効果を得ることは可能である。
第8図は、可視光をパイロCODの基板裏面から照射す
る場合の素子構造を示す、単位画素の概略的な断面構造
図である。ここで可視光13は、基板26の裏面側から
照射され、蓄積ダイオード2<3直下の開口部41を介
して、蓄積ダイオード11 へ−7 23のpn接合フォトダイオードに侵入し、バイアス電
荷を発生する。まだ、蓄積ダイオード23以外の部分は
可視光13が侵入しないように、Ae等の光シールド板
40でおおわれている。
本発明の他の実施例として、可視光13をパイロCCD
の表面から効率よく蓄積ダイオードに照射する素子構造
を第9図を用いて説明する。以下、説明を容易にするた
め、同一の構成要素は同一の番号を用いている。第9図
は、本発明の実施例の素子構造を示す単位画素の概略的
A断面構造図である。ここで、パイロフィルム21の下
側の電極となる下地電極6Qには、蓄積ダイオード23
の直上で、開口部51が形成され、かつ下地電極6oは
Po1y−8iのスルーホール52を介して蓄積ダイオ
ード23に接続されている。下地電極5oはAl 、 
Mo等の金属で形成され、赤外光、可視光に対して不透
明である。赤外画像1oはパイロフィルム21内で分極
された電荷と々す、下地電極50 、 Po1y −S
tスルーホール52を介して蓄積ダイオード23に伝達
される。可視光13は、下地電極50上に形成された開
口部51からPo1y−8i スルーホール52を透過
して蓄積ダイオード23に入ppn接合の光電変換でバ
イアス電荷を発生する。
発明の効果 本発明においては、先ず簡単な機構系のみで、光チョッ
パの開閉に同期したバイアス光の照射システムの形成が
可能である。そして、St基板上の蓄積ダイオードに、
バイアス光によりバイアス電荷を注入することが可能で
、これによりパイロ、センサで発生した正、負の信号電
荷を効率よく外部に読み出すことが可能である。寸だ、
バイアス光量を調節することによシ、バイアス電荷量を
、連続光の場合はCODの最大転送電荷量の半分まで断
続光の場合は最大転送電荷量寸で注入しておくことによ
り、各々のパイロセンサの信号電荷のD−レンジを最大
にすることができる。
以上のことにより、本発明で示した光バイアス方式の焦
電形赤外撮像装置は、以下の特長を有する。
13 ページ (1)素子構造が簡単 (乃 素子の駆動が簡単 このため、コンパクトなセルサイズが実現でき、従来の
複雑で大規模な構成のものでは不可能であった2次元エ
リアセンサの多画素化による高解像化を実現できるよう
になった。さらに、従来の複雑な入力機構を必要とした
ことによるS/Nの劣化も、簡単な駆動系の採用により
大幅に向上することができた。ここでは下地走査回路と
してCODを用いて説明したが、同様の効果は、MOS
 。
CPD等の他の固体走査回路を用いても得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは、本発明の一実施例における焦電形撮像素子
の撮像システムの構成図、第1図すは同システムに用い
る赤外シャッターの正面図、第2図は同撮像素子の単位
画素の概略構造を示す断面図、第3図a −eは同シス
テムの動作を説明するだめの要部波形図、第4図は本発
明の他の実施例における撮像システムの構成図、第5図
a −eは14ヘー、゛ 形図、第6図、第7図は本発明のさらに他の実施例にお
ける撮像システムの構成図、第8図、第9図は単位画素
の概略構造を示す断面図、第10図aは単位画素の等価
回路を示す回路図、第10図すは同単位画素の動作ポテ
ンシャルを示す概念図である。 12・・・・・・光チョウパ、13・・・・・・可視光
、14−1・・・・・・可視光反射板、14−2・・・
・・・可視光反射板、15・・・・・・パイロCCD(
焦電形赤外撮像素子)、2o・・・・・・Cr1fL2
1・・・・・・パイロフィルム、22・・・・・・Po
1y−8i電極、23・・・・・・蓄積ダイオード、4
0・・・・・・光シールド板、41・・・・・・開口部
、50・・・・・・下地電極、51・・・・・・開口部
、52・・・・・・Po1y−8iスルーホール。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第4
図 第5図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板に、前記半導体基板と反対の導電形の
    ダイオード領域と前記ダイオード領域に蓄積された信号
    電荷を走査する走査ラインを有し、前記ダイオード領域
    と接続する電極上に焦電形赤外線感光膜が形成され、前
    記感光膜は光チョッパの開閉に応じて正と負の信号電荷
    を生じ、前記ダイオードにバイアス光を前記半導体基板
    上から照射することにより、赤外光の照射により生じた
    前記感光膜の両方の極性の信号電荷を前記走査ラインに
    読み出すことを特徴とする焦電形赤外撮像装置。
  2. (2)バイアス光を、光チョッパの開閉に同期させて断
    熱的に照射することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の焦電形赤外撮像装置。
  3. (3)バイアス光を半導体基板の裏面から照射すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の焦電形赤外撮
    像装置。
  4. (4)電極が金属で形成され、かつダイオード上の部分
    がバイアス光に対して開口されることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の焦電形赤外撮像装置。
  5. (5)光チョッパをベルト状に形成し、前記ベルト状チ
    ョッパの閉部の素子側にバイアス光の反射板を固定し、
    前記反射板に前記素子側から前記バイアス光を照射し、
    前記バイアス光の反射光が、前記ベルト状チョッパの移
    動につれ照射を断続的にくり返すことを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載の焦電形赤外撮像装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105361A1 (ja) * 2018-11-19 2020-05-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 撮像装置及び撮像システム

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JPS568885A (en) * 1979-07-03 1981-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Driving method of charge coupling element
JPS57104380A (en) * 1980-12-19 1982-06-29 New Japan Radio Co Ltd Infrared ray solid-state image pickup device

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JPWO2020105361A1 (ja) * 2018-11-19 2021-10-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 撮像装置及び撮像システム

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