JP2605856B2 - 焦電型赤外線撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
焦電型赤外線撮像装置およびその駆動方法Info
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- JP2605856B2 JP2605856B2 JP1024193A JP2419389A JP2605856B2 JP 2605856 B2 JP2605856 B2 JP 2605856B2 JP 1024193 A JP1024193 A JP 1024193A JP 2419389 A JP2419389 A JP 2419389A JP 2605856 B2 JP2605856 B2 JP 2605856B2
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- pyroelectric infrared
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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型赤外線撮像装置
の構成、及びその駆動方式の改善に関するものである。
の構成、及びその駆動方式の改善に関するものである。
従来の技術 第６図はCCD走査回路上に、焦電型センサを積層した
焦電型CCD（パイロCCD）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。焦電型センサには
光チョッパの開閉に応じて正と負の電荷が生じる。Si−
CCD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け入れ
られるように、従来例では、CCD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周
期して電気的に注入していた。第５図において、光チョ
ッパの開閉に応じて、焦電型センサ（パイロセンサ）10
6で発生した正負の信号電荷111、112は読み出しゲートG
R1（103）を介してCCD走査部GT1（104）、GT2（105）に
転送される。
焦電型CCD（パイロCCD）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。焦電型センサには
光チョッパの開閉に応じて正と負の電荷が生じる。Si−
CCD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け入れ
られるように、従来例では、CCD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周
期して電気的に注入していた。第５図において、光チョ
ッパの開閉に応じて、焦電型センサ（パイロセンサ）10
6で発生した正負の信号電荷111、112は読み出しゲートG
R1（103）を介してCCD走査部GT1（104）、GT2（105）に
転送される。
このとき、光チョッパの開閉に周期させて、一度、前
記入力ダイオード部101をリセットレベル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）を介して、CCD走査部102に読み込む動作をす
る。これは、例えば、アール・ワトン他インフレアード
フィジックス（R.Watton,etal.Infrared Phys）vol 2
2.PP.259〜275 1982に述べられている。
記入力ダイオード部101をリセットレベル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）を介して、CCD走査部102に読み込む動作をす
る。これは、例えば、アール・ワトン他インフレアード
フィジックス（R.Watton,etal.Infrared Phys）vol 2
2.PP.259〜275 1982に述べられている。
発明が解決しようとする課題 上記、従来の構成では、一定周期の走査サイクルにお
いて、１回分の蓄積信号を赤外撮像信号として、外部回
路に取り出している。その為、画素の高密度化を図ろう
とした場合、以下の点で困難を生じる。
いて、１回分の蓄積信号を赤外撮像信号として、外部回
路に取り出している。その為、画素の高密度化を図ろう
とした場合、以下の点で困難を生じる。
（１）赤外画像の空間分解能は、画素部の焦電センサの
焦電電極ギャップで決定される。その為、１回分の蓄積
信号の読み出し方式においては、画素の高密度化により
焦電電極ギャップが短くなると、蓄積時間内に熱伝導に
より、画素間の熱ワークが生じ、赤外画像の空間分解能
の劣化を生じる。
焦電電極ギャップで決定される。その為、１回分の蓄積
信号の読み出し方式においては、画素の高密度化により
焦電電極ギャップが短くなると、蓄積時間内に熱伝導に
より、画素間の熱ワークが生じ、赤外画像の空間分解能
の劣化を生じる。
（２）画素高密度化につれ信号が小さくなり、SINが劣
化する。本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、焦
電型赤外線撮像装置の高画素化を実現する新規なる構造
と駆動方法を提供することにある。
化する。本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、焦
電型赤外線撮像装置の高画素化を実現する新規なる構造
と駆動方法を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決する為、以下の手段を用いて
いる。画素部の焦電センサを接続した蓄積ダイオード
に、バイアス電荷を注入する注入ダイオードとコントロ
ールゲートを設け、更に蓄積ダイオードからの信号電荷
を走査ラインに読み出すコントロールゲートが２系統形
成されている。そして、撮像システムの一定周期の一走
査期間内に、複数回の光チョッパの開閉を行ない、この
光チョッパの開閉に同期して、前記注入ダイオードから
バイアス電荷を蓄積ダイオードに注入する。次に、同じ
う前記光チョッパの開閉に同期して、蓄積ダイオードに
蓄積された信号電荷と注入バイアス電荷を、各々のコン
トロールゲートを介して、交互に垂直走査ライン中の蓄
積領域に転送し、積算する。次に、一走査期間内で複数
回積算した後、垂直走査ラインを高速転送して、信号電
荷をフレームメモリ部にシフトさせ、そしてフレームメ
モリ部から通常の画像フォーマット（例えば、NTSC方
式）に準拠した走査方法で、赤外撮像信号として外部回
路へと取り出すものである。
いる。画素部の焦電センサを接続した蓄積ダイオード
に、バイアス電荷を注入する注入ダイオードとコントロ
ールゲートを設け、更に蓄積ダイオードからの信号電荷
を走査ラインに読み出すコントロールゲートが２系統形
成されている。そして、撮像システムの一定周期の一走
査期間内に、複数回の光チョッパの開閉を行ない、この
光チョッパの開閉に同期して、前記注入ダイオードから
バイアス電荷を蓄積ダイオードに注入する。次に、同じ
う前記光チョッパの開閉に同期して、蓄積ダイオードに
蓄積された信号電荷と注入バイアス電荷を、各々のコン
トロールゲートを介して、交互に垂直走査ライン中の蓄
積領域に転送し、積算する。次に、一走査期間内で複数
回積算した後、垂直走査ラインを高速転送して、信号電
荷をフレームメモリ部にシフトさせ、そしてフレームメ
モリ部から通常の画像フォーマット（例えば、NTSC方
式）に準拠した走査方法で、赤外撮像信号として外部回
路へと取り出すものである。
作用 本発明は上記構成により、一走査期間内に焦電センサ
から複数回の赤外線信号電荷の読み出しを行ない、いっ
たん垂直走査ライン内の蓄積領域に蓄積し、所定回数積
算した後、信号電荷をフレームメモリ部に高速転送し、
通常の撮像システムとして走査することにより、焦電セ
ンサの１回分の蓄積時間の短縮化を行ない、画素間の熱
伝導による熱リークがもたらす赤外画像の空間分解能の
劣化と、赤外信号電荷の劣化を防ぐ。
から複数回の赤外線信号電荷の読み出しを行ない、いっ
たん垂直走査ライン内の蓄積領域に蓄積し、所定回数積
算した後、信号電荷をフレームメモリ部に高速転送し、
通常の撮像システムとして走査することにより、焦電セ
ンサの１回分の蓄積時間の短縮化を行ない、画素間の熱
伝導による熱リークがもたらす赤外画像の空間分解能の
劣化と、赤外信号電荷の劣化を防ぐ。
実施例 本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図に示す。
第１図は本発明の一実施例の撮像システムの全体構成を
概略的に示したもので、30は撮像部、31はフレームメモ
リ部、32は水平走査用の水平CCD、33は出力回路で、基
本的にはフレームトランスファ型CCDの構成となってい
る。そしてφＶは前記撮像部30の垂直走査用駆動パル
ス、φＭは前記フレームメモリ部31の垂直走査用駆動パ
ルス、φＭは前記水平CCD32の水平走査用駆動パルスで
ある。第２図は第１図の前記撮像部30における単位画素
の平面構成を概略的に示したもので、第３図は第２図の
Ｉ−Ｉ′断面図である。説明を容易にする為、同一の構
成要素は共通の番号で説明する。
第１図は本発明の一実施例の撮像システムの全体構成を
概略的に示したもので、30は撮像部、31はフレームメモ
リ部、32は水平走査用の水平CCD、33は出力回路で、基
本的にはフレームトランスファ型CCDの構成となってい
る。そしてφＶは前記撮像部30の垂直走査用駆動パル
ス、φＭは前記フレームメモリ部31の垂直走査用駆動パ
ルス、φＭは前記水平CCD32の水平走査用駆動パルスで
ある。第２図は第１図の前記撮像部30における単位画素
の平面構成を概略的に示したもので、第３図は第２図の
Ｉ−Ｉ′断面図である。説明を容易にする為、同一の構
成要素は共通の番号で説明する。
ここで、１はＰ型の半導体基板、２はフィールド酸化
膜、３はチャネルストップ、４はパイロセンサ16の信号
電荷を蓄積するダイオードでn+拡散層で形成されてい
る。５は前記蓄積ダイオード４にバイアス電荷を注入す
るダイオード、６は前記注入ダイオード４からのバイア
ス電化の注入をコントロールするゲート、７は前記蓄積
ダイオード４の信号電荷を垂直CCD蓄積領域９に読み出
すコントロールゲート、８は前記垂直CCD9上の転送ゲー
ト、10はゲート絶縁膜である。15は前記蓄積ダイオード
４と前記パイロセンサ16を電気的に接続するAu等より形
成されるバンプ金属、11は前記バンブ金属15と前記蓄積
ダイオード４を電気的に接続するAl電極、12も同じくAl
電極で前記注入ダイオード５に外部から任意の電圧を印
加する。13は層間絶縁膜、14も同じく層間絶縁膜、16は
既に述べたようにPLT等よりなるパイロセンサ膜、17は
前記パイロセンサ膜16の下部（入射光側の反対側）に接
着し、画素毎に分離独立された集電電極（パイロセンサ
膜の信号電荷を画素毎に集める電極）で、NiCr等より形
成される。20は前記パイロセンサ膜16の上部（入射光
側）に接着された全画素共通電極で、NiCr等より形成さ
れる。hVは入射赤外光である。
膜、３はチャネルストップ、４はパイロセンサ16の信号
電荷を蓄積するダイオードでn+拡散層で形成されてい
る。５は前記蓄積ダイオード４にバイアス電荷を注入す
るダイオード、６は前記注入ダイオード４からのバイア
ス電化の注入をコントロールするゲート、７は前記蓄積
ダイオード４の信号電荷を垂直CCD蓄積領域９に読み出
すコントロールゲート、８は前記垂直CCD9上の転送ゲー
ト、10はゲート絶縁膜である。15は前記蓄積ダイオード
４と前記パイロセンサ16を電気的に接続するAu等より形
成されるバンプ金属、11は前記バンブ金属15と前記蓄積
ダイオード４を電気的に接続するAl電極、12も同じくAl
電極で前記注入ダイオード５に外部から任意の電圧を印
加する。13は層間絶縁膜、14も同じく層間絶縁膜、16は
既に述べたようにPLT等よりなるパイロセンサ膜、17は
前記パイロセンサ膜16の下部（入射光側の反対側）に接
着し、画素毎に分離独立された集電電極（パイロセンサ
膜の信号電荷を画素毎に集める電極）で、NiCr等より形
成される。20は前記パイロセンサ膜16の上部（入射光
側）に接着された全画素共通電極で、NiCr等より形成さ
れる。hVは入射赤外光である。
Ａは前記蓄積ダイオード４と前記垂直CCD9を結ぶ転送
路で、転送ユニットA21に結合され、Ｂは同様のもう一
つの転送路で、転送ユニットB22に結合されている。転
送路Ｂにおいて、転送路Ａと同様に27は前記蓄積ダイオ
ード４と前記垂直CCD9を結ぶコントロールゲートであ
る。以上より、前記蓄積ダイオード４は前記転送路A,B
を介して前記垂直CCD9に各々結合されている。次ぎに第
４図と第５図を用いて、本発明の駆動方法とそれ用いた
時の動作を説明する。第４図は本発明の駆動パルス示し
たもので一定周期（33.3msec）毎に全走査系が繰り返し
ている。第５図は画素部の電気的な等価回路と動作時の
ポテンシャルを概略的に示したものである。
路で、転送ユニットA21に結合され、Ｂは同様のもう一
つの転送路で、転送ユニットB22に結合されている。転
送路Ｂにおいて、転送路Ａと同様に27は前記蓄積ダイオ
ード４と前記垂直CCD9を結ぶコントロールゲートであ
る。以上より、前記蓄積ダイオード４は前記転送路A,B
を介して前記垂直CCD9に各々結合されている。次ぎに第
４図と第５図を用いて、本発明の駆動方法とそれ用いた
時の動作を説明する。第４図は本発明の駆動パルス示し
たもので一定周期（33.3msec）毎に全走査系が繰り返し
ている。第５図は画素部の電気的な等価回路と動作時の
ポテンシャルを概略的に示したものである。
今、一走査期間の中で光りチョッパが複数回、開閉を
繰り返して、それに基づいてパイロセンサ出力が正電荷
と負電荷を発生する。そして光チョッパの開閉に同期し
て、コントロールゲートφi6をONさせ、注入ダイオード
VOFD5から蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入させる
（第５図（ｂ））。次ぎに、コントロールゲートφT
17、φT227を同様に光りチョッパの開閉に同期させてON
し、蓄積ダイオードの光チョッパ１回分の蓄積信号電荷
の正電荷と負電荷を各々分離して転送路A,Bを介して、
垂直CCD9中の転送ユニットA,Bの蓄積領域に、パイロ信
号電荷の積算を行なう（第５図（ｃ））。次に、一走査
期間終了後に、垂直CCDを高速転送して垂直CCD中の積算
信号電荷を撮像部30からフレームメモリ部32に高速転送
する（第５図（ｄ））。そして、フレームメモリ部32か
ら通常の撮像方式の規準に従って、順次、積算信号電荷
を垂直転送し、水平CCD32、出力回路33を介して外部に
撮像信号出力として取り出す。第５図（ａ）でVTはパイ
ロセンサ膜の共通電極18のバイアス端子である。
繰り返して、それに基づいてパイロセンサ出力が正電荷
と負電荷を発生する。そして光チョッパの開閉に同期し
て、コントロールゲートφi6をONさせ、注入ダイオード
VOFD5から蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入させる
（第５図（ｂ））。次ぎに、コントロールゲートφT
17、φT227を同様に光りチョッパの開閉に同期させてON
し、蓄積ダイオードの光チョッパ１回分の蓄積信号電荷
の正電荷と負電荷を各々分離して転送路A,Bを介して、
垂直CCD9中の転送ユニットA,Bの蓄積領域に、パイロ信
号電荷の積算を行なう（第５図（ｃ））。次に、一走査
期間終了後に、垂直CCDを高速転送して垂直CCD中の積算
信号電荷を撮像部30からフレームメモリ部32に高速転送
する（第５図（ｄ））。そして、フレームメモリ部32か
ら通常の撮像方式の規準に従って、順次、積算信号電荷
を垂直転送し、水平CCD32、出力回路33を介して外部に
撮像信号出力として取り出す。第５図（ａ）でVTはパイ
ロセンサ膜の共通電極18のバイアス端子である。
発明の効果 以上述べてきたように本発明においては、一走査期間
内に光りチョッパの複数回の開閉に応じて、焦電センサ
から赤外信号電荷の取り出しを複数回行なうとともに、
いったん垂直CCD内の蓄積領域に積算する。そして、光
チョッパの開閉回数に応じた所定回数積算した後、垂直
CCDを高速転送して撮像部からフレームメモリ部に積算
信号電荷を移送し、フレームメモリ部から通常のフレー
ムトランスファ型CCDの走査で外部に撮像信号として取
り出す。これより以下の効果が得られる。
内に光りチョッパの複数回の開閉に応じて、焦電センサ
から赤外信号電荷の取り出しを複数回行なうとともに、
いったん垂直CCD内の蓄積領域に積算する。そして、光
チョッパの開閉回数に応じた所定回数積算した後、垂直
CCDを高速転送して撮像部からフレームメモリ部に積算
信号電荷を移送し、フレームメモリ部から通常のフレー
ムトランスファ型CCDの走査で外部に撮像信号として取
り出す。これより以下の効果が得られる。
（１）一走査期間で決定される蓄積時間より、大幅に短
い焦電センサの１回分の蓄積時間を実現することができ
るので（一走査期間内の複数回の積算動作により）、画
素間ギャップの熱伝導による赤外画像の空間分解能の劣
化を大幅に改善することができる。この為、同一空間分
解能であれば画素の大幅な高密度化を実現することがで
きる。
い焦電センサの１回分の蓄積時間を実現することができ
るので（一走査期間内の複数回の積算動作により）、画
素間ギャップの熱伝導による赤外画像の空間分解能の劣
化を大幅に改善することができる。この為、同一空間分
解能であれば画素の大幅な高密度化を実現することがで
きる。
（２）また同一画素サイズであれば、大幅なSINの改善
が可能で、赤外画像の向上が図られる。ここでは、走査
回路としてCCDを用いて説明したが、同様の効果はMOS等
の他の固体走査回路を用いても得られる。
が可能で、赤外画像の向上が図られる。ここでは、走査
回路としてCCDを用いて説明したが、同様の効果はMOS等
の他の固体走査回路を用いても得られる。
第１図は本発明の一実施例の撮像システムの全体構成の
概略図、第２図は第１図の撮像部の単位画素の概略的な
平面構成図、第３図は第２図のＩ−Ｉ′断面図、第４図
は本発明の一実施例の概略的な駆動パルス波形図、第５
図は本発明の一実施例の概略的な駆動ポテンシャル図、
第６図は従来例を示す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。 １……基板、４……n+拡散層（蓄積ダイオード）、５…
…n+拡散層（注入ダイオード）、６……コントロールゲ
ート、７……コントロールゲート、27……コントロール
ゲート、８……転送電極、９……CCD転送般、11……Al
電極、12……Al電極、15……Auバンプ、16……パイロセ
ンサ膜、17……焦電電極、18……共通電極。
概略図、第２図は第１図の撮像部の単位画素の概略的な
平面構成図、第３図は第２図のＩ−Ｉ′断面図、第４図
は本発明の一実施例の概略的な駆動パルス波形図、第５
図は本発明の一実施例の概略的な駆動ポテンシャル図、
第６図は従来例を示す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。 １……基板、４……n+拡散層（蓄積ダイオード）、５…
…n+拡散層（注入ダイオード）、６……コントロールゲ
ート、７……コントロールゲート、27……コントロール
ゲート、８……転送電極、９……CCD転送般、11……Al
電極、12……Al電極、15……Auバンプ、16……パイロセ
ンサ膜、17……焦電電極、18……共通電極。
Claims (2)
- 【請求項１】フレームメモリ部と撮像部を有し、前記撮
像部において、半導体基板上に、前記半導体基板と反対
の導電型の第１のダイオード領域と、前記第１のダイオ
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、前記第１のダイオード領域と接続する電極上に、
焦電型赤外線センサが形成され、前記赤外線センサが光
チョッパの開閉に応じて、正と負の信号電荷を生じる焦
電型赤外線撮像装置において、前記第１のダイオードに
バイアス電荷を注入する第２のダイオードと第１のコン
トロールゲートを設け、更に前記第１のダイオードから
の信号電荷を前記走査ラインに読み出す第２、第３の２
つのコントロールゲートを設けるとともに、前記第２の
ダイオード、前記各コントロールゲートに、外部から任
意のバイアスやパルスを印加することを特徴とする焦電
型赤外線撮像装置。 - 【請求項２】フレームメモリ部と撮像部を有し、前記撮
像部において、半導体基板上に、前記半導体基板と反対
の導電形の第１のダイオード領域と前記第１のダイオー
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、前記第１のダイオード領域と接続する電極上に、焦
電型赤外線センサが形成され、前記赤外線センサが光チ
ョッパの開閉に応じて、正と負の信号電荷を生じる焦電
型赤外線撮像装置において、前記第１のダイオードにバ
イアス電荷を注入する第２のダイオードと第１のコント
ロールゲートを設け、更に前記第１のダイオードからの
信号電荷を前記走査ラインに読み出す第２、第３の２つ
のコントロールゲートを設けるとともに、前記第２のダ
イオード、前記各コントロールゲートに、外部から任意
のバイアスやパルスを印加する焦電型赤外線撮像装置に
おいて、一定周期毎に、前記第１のダイオードの蓄積さ
れた信号電荷を走査ラインに読み出し、外部回路へと走
査する駆動において、前記一定周期内に、複数回の光チ
ョッパの開閉を行ない、前記光チョッパの開閉に同期し
て、前記第２のダイオードから、前記第１のコントロー
ルゲートを介して、バイアス電荷を前記第１のダイオー
ドに注入し、同じく前記光チョッパの開閉に同期して、
前記第１のダイオードの信号電荷を前記第２、第３のコ
ントロールゲートを介して、前記走査ライン上の任意の
ゲート下に交互に転送し、前記一定周期内で、光チョッ
パの開閉の所定回数分の前記動作を行なった後、前記走
査ライン上の積算された信号電荷を外部回路へと走査す
ることを特徴とする焦電型赤外線撮像装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024193A JP2605856B2 (ja) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | 焦電型赤外線撮像装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024193A JP2605856B2 (ja) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | 焦電型赤外線撮像装置およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02203563A JPH02203563A (ja) | 1990-08-13 |
| JP2605856B2 true JP2605856B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=12131488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1024193A Expired - Fee Related JP2605856B2 (ja) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | 焦電型赤外線撮像装置およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605856B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449908A (en) * | 1993-12-30 | 1995-09-12 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid CCD imaging |
| US5652150A (en) * | 1995-06-07 | 1997-07-29 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid CCD imaging |
-
1989
- 1989-02-02 JP JP1024193A patent/JP2605856B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02203563A (ja) | 1990-08-13 |
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