CN1898538A - 红外线传感器及红外线传感器阵列 - Google Patents

红外线传感器及红外线传感器阵列 Download PDF

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Abstract

红外线传感器，包括：各自显示规定电容值的串联电容元件和参照电容元件，电容值根据射入元件中的红外线强度而变化的红外线检测电容元件，以及是串联电容元件的一个端子、参照电容元件的一个端子及红外线检测电容元件的一个端子相互连接起来的节点的输出节点。通过在串联电容元件的其他端子与参照电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以输出节点的电位作为基准电位；通过在串联电容元件的其他端子与红外线检测电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以所述输出节点的电位作为检测电位；作为基准电位与检测电位的电位差输出红外线强度。

Description

红外线传感器及红外线传感器阵列
技术领域
[0001]本发明涉及一种检出物体和人体所放出的红外线的红外线传感器。
背景技术
[0002]红外线传感器，检出人体以及其他物体所辐射的红外线。因为所述红外线传感器，能在不接触的状态下得到有关物体的存在、温度的消息，所以人们期待在各种各样的领域应用它。特别是将多个红外线传感器设置为矩阵状的红外线传感器阵列，能够得到二维性红外线图像，因而人们期待红外线传感器阵列的应用范围更为宽泛。因为不需要冷却和斩波器电路，所以作为用于这种红外线传感器阵列中的红外线传感器的是，电阻辐射热测量计、和施加电场而检测介电常数的温度变化的介电辐射热测量计有前途。
[0003]具有下述结构的红外线传感器，是作为现有电阻辐射热测量计及介电辐射热测量计型红外线传感器已经众所周知(参照专利文献1、2)。
[0004]图17，表示现有电阻辐射热测量计型红外线传感器的信号读出电路。通过使第一开关104A、第二开关104B及第三开关104C成为接通状态，来向信号读出电路的输出110输出假电阻102的输出与热敏感电阻101的输出的差分。为了正确地读出热敏感电阻101所检出的值，需要假电阻102具有一定的电阻值。但是，假电阻102的电阻值，根据假电阻102形成在其中的半导体衬底的温度而变化。因此，为了补正假电阻102的电阻值的变化，需要正确地测量半导体衬底的温度。但是，以高精度检测出半导体衬底的温度，是不容易的。
[0005]图18，表示现有介电辐射热测量计型红外线传感器的信号读出电路。如图18所示，参照电容元件201和红外线检测电容元件202，通过连接点210串联连接起来。红外线检测电容元件202，具有电容根据射入元件中的红外线强度而变化的特性，设定为这样的，即：在红外线未射入的情况下，红外线检测电容元件202和参照电容元件201的电容值相等。
[0006]在参照电容元件201和红外线检测电容元件202上，分别连接有驱动用交流电源204和交流电源205中的一个交流电源。交流电源204和交流电源205的振幅一样，而相位相反。
[0007]连接点210，通过晶体管203连接在输出端206上，能通过用信号线SSW使晶体管203成为接通状态，来在输出端206取出连接点210的电位。
[0008]连接点210的电位，根据参照电容201和红外线检测电容元件202的电容以及交流电源204和交流电源205的电压(振幅)而决定。因此，如图19所示，在红外线射入红外线检测电容元件202中，红外线检测电容元件202的电容值增加了的情况下，得到如图19的A所示的输出曲线。补充说明一下，在图19中，曲线C和曲线D表示交流电源204和交流电源205的输出电压。
[0009]在红外线未照射到红外线检测电容元件202中的情况下，参照电容元件201和红外线检测电容元件202的电容值相等，连接点210的电位应该总是0，如图19的B所示。但是，实际上，由于漏电阻成份和形成时的偏差等，在参照电容元件201的电容值与红外线检测电容元件202的电容值之间存在数％之差，从而即使在红外线未射入传感器中的情况下，也产生拟信号输出即偏移(offset)。
[0010]在利用红外线传感器的输出作为数字数据时，需要将该输出增幅到100倍左右。在这种情况下，因为偏移也增幅到100倍，所以有增幅电路成为饱和状态之虞。另外，也有较大的偏移掩盖信号，于是得不到该信号之虞。因此，为了实现性能很高的红外线传感器，必须补正并减少这种偏移。
【专利文献1】日本公开专利公报特开平10-227689号公报
【专利文献2】日本公开专利公报特开2002-365130号公报
[0011]然而，为了在现有电阻辐射热测量计型红外线传感器中正确地读出热敏感电阻所检出的值，必须假电阻具有一定的电阻值。但是，假电阻的电阻值，根据假电阻形成在其中的半导体衬底的温度而变化。因此，为了补正假电阻的电阻值的变化，需要以高精度检测出周围温度和半导体衬底温度。但是，进行周围温度的检测是容易的，而以高精度检测出半导体衬底的温度是非常困难的。这是一个问题。
[0012]在现有介电辐射热测量计型红外线传感器中，必须进行偏移的补正。但是，在将多个红外线传感器设置为矩阵状，构成了红外线传感器阵列的情况下，对达到数万个的红外线传感器的每个进行偏移的补正，是极为困难的。这是一个问题。
[0013]能通过控制驱动红外线传感器的电源电路的相位和振幅，来对整个红外线传感器阵列进行偏移的补正。但是，为了进行这种补正，需要复杂的驱动电路和演算处理电路。这是一个问题。
发明内容
[0014]本发明，正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于：设为能够实现不需要补正半导体衬底的温度变化的红外线传感器及红外线传感器阵列、和设为能够实现能在未将电路结构复杂化的状态下，得到在红外线未射入红外线传感器中的情况下产生的拟信号输出即偏移很小并且信噪比很大的信号的红外线传感器及红外线传感器阵列。
[0015]为了达成所述目的，本发明的红外线传感器，设为包括红外线检测电容元件、串联电容元件及参照电容元件，并且作为电位差得到信号的结构。
[0016]具体而言，本发明的红外线传感器，包括：各自显示规定电容值的串联电容元件和参照电容元件，电容值根据射入元件中的红外线强度而变化的红外线检测电容元件，以及是串联电容元件的一个端子、参照电容元件的一个端子及红外线检测电容元件的一个端子相互连接起来的节点的输出节点；通过在串联电容元件的其他端子与参照电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以输出节点的电位作为基准电位；通过在串联电容元件的其他端子与红外线检测电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以输出节点的电位作为检测电位；作为基准电位与检测电位的电位差输出红外线强度。
[0017]根据本发明的红外线传感器，因为作为基准电位与检测电位的电位差输出红外线强度，所以能够减少偏移，从而不需要为了补正偏移设置特别的电路。其结果是，能以简单的结构实现性能很高的红外线传感器。能够实现不需要对伴随于半导体衬底的温度变化的传感器输出进行补正的红外线传感器及红外线传感器阵列。
[0018]最好是这样的，在本发明的红外线传感器中，串联电容元件的电容值和参照电容元件的电容值，与在红外线未射入红外线检测电容元件中的情况下的红外线检测电容元件的电容值相等。能通过设为这样的结构，来确实地减少偏移。
[0019]最好是这样的，本发明的红外线传感器，还包括：设置在参照电容元件的一个端子与输出节点之间的参照电容元件控制开关，和设置在红外线检测电容元件的一个端子与输出节点之间的红外线检测电容元件控制开关；在串联电容元件的其他端子上连接有供给规定电压的电源；通过使参照电容元件控制开关成为接通状态，并且使红外线检测电容元件控制开关成为截止状态，来得到基准电位；通过使参照电容元件控制开关成为截止状态，并且使红外线检测电容元件控制开关成为接通状态，来得到检测电位。这么一来，就能确实地得到基准电位和检测电位。
[0020]本发明所涉及的第一红外线传感器阵列，以包括设置在二维矩阵上的多个红外线传感器的红外线传感器阵列为对象；各红外线传感器，具有各自显示规定电容值的串联电容元件和参照电容元件，电容值根据射入元件中的红外线强度而变化的红外线检测电容元件，以及是串联电容元件的一个端子、参照电容元件的一个端子及红外线检测电容元件的一个端子相互连接起来的节点的输出节点；通过在串联电容元件的其他端子与参照电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以输出节点的电位作为基准电位；通过在串联电容元件的其他端子与红外线检测电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以输出节点的电位作为检测电位；作为基准电位与检测电位的电位差输出红外线强度。
[0021]根据本发明的第一红外线传感器阵列，因为包括设置在二维矩阵上的多个红外线传感器，各红外线传感器作为基准电位与检测电位的电位差输出红外线强度，所以能减少构成红外线传感器阵列的所有红外线传感器的偏移并且使所述偏移均匀，从而不需要为了补正偏移设置特别的电路。其结果是，能以简单的结构实现性能很高的红外线传感器阵列。
[0022]最好是这样的，在本发明的第一红外线传感器阵列中，串联电容元件的电容值和参照电容元件的电容值，与在红外线未射入红外线检测电容元件中的情况下的红外线检测电容元件的电容值相等。能通过设为这样的结构，确实地减少各红外线传感器的偏移。
[0023]最好是这样的，在本发明的第一红外线传感器阵列中，各红外线传感器，还具有：设置在参照电容元件的一个端子与输出节点之间的参照电容元件控制开关，和设置在红外线检测电容元件的一个端子与输出节点之间的红外线检测电容元件控制开关；在串联电容元件的其他端子上连接有供给规定电压的电源；通过使参照电容元件控制开关成为接通状态，并且使红外线检测电容元件控制开关成为截止状态，来得到基准电位；通过使参照电容元件控制开关成为截止状态，并且使红外线检测电容元件控制开关成为接通状态，来得到检测电位。这么一来，就能确实地得到基准电位和检测电位。
[0024]最好是这样的，本发明的第一红外线传感器阵列，还包括记忆基准电位和检测电位、输出已记忆的基准电位与检测电位之差的差动电路部。能通过设为这样的结构，作为电位差确实地输出红外线强度。
[0025]最好是这样的，本发明的第一红外线传感器阵列，还包括设置在各输出节点与差动电路部之间的阻抗变换电路或增幅电路。能通过设为这样的结构，确实地排除杂散电容和扩散电容的影响。
[0026]最好是这样的，在本发明的第一红外线传感器阵列中，多个红外线传感器中规定的两个或两个以上的红外线传感器，互相共同具有串联电容元件和参照电容元件中的至少一种电容元件。最好是这样的，多个红外线传感器中连接在矩阵的同一行或同一列上的红外线传感器，互相共同具有串联电容元件和参照电容元件中的至少一种电容元件。
[0027]因为能通过设为这样的结构，减少参照电容元件数量，所以能够缩小红外线传感器阵列的占有面积。因为能在使红外线传感器阵列的占有面积不增大的状态下，使红外线检测电容元件的面积增大，所以能够进行高灵敏度化。
[0028]最好是这样的，在本发明的第一红外线传感器阵列中，还包括：选出多个红外线传感器中的至少一个红外线传感器的传感器选择电路部，和储存规定次数的基于选出的红外线传感器所输出的电位差的电荷，合成储存规定次数后的电荷而输出该电荷的电荷存储电路部；电荷存储电路部，具有分别通过开关连接在输入电位差的端子与接地之间的多个电容元件、和驱动开关的驱动电路；电荷存储电路部，将电荷分别储存在各电容元件中。能通过设为这样的结构，来确实地使噪声减低，提高信噪比。
[0029]本发明的第二红外线传感器阵列，以包括设置在二维矩阵上的多个红外线传感器，和各自显示规定电容值的多个串联电容元件的红外线传感器阵列为对象；各红外线传感器，具有电容值根据射入元件中的红外线强度而变化的红外线检测电容元件、和一个端子与红外线检测电容元件的一个端子连接的选择开关；矩阵中设置在同一列上的红外线传感器所包含的选择开关的其他端子，都与同一个串联电容元件连接。
[0030]根据本发明的第二红外线传感器阵列，因为设置在同一列上的各红外线传感器共同具有串联电容元件，所以能使设置在同一列上的各红外线传感器的偏移值大致相等，从而能对各列成批地进行偏移的补正。其结果是，能够容易地实现结构简单、并且能够极为正确地测定温度的红外线传感器阵列。因为能在使红外线传感器阵列的占有面积不增大的状态下，使红外线检测电容元件的面积增大，所以能够得到灵敏度很高的红外线传感器阵列。
-发明的效果-
[0031]根据本发明的红外线传感器，能够实现下述红外线传感器及红外线传感器阵列，即：不需要补正半导体衬底的温度变化，并且在未将电路结构复杂化的状态下，能够得到偏移很小并且信噪比很大的信号的红外线传感器及红外线传感器阵列。
附图说明
[0032]图1，是表示本发明的第一实施例所涉及的红外线传感器的基本电路图。
图2，是表示本发明的第一实施例所涉及的红外线传感器的工作状态的时序图。
图3，是表示本发明的第二实施例所涉及的红外线传感器阵列之一例的基本电路图。
图4，是表示本发明的第二实施例所涉及的红外线传感器阵列的工作状态的时序图。
图5，是表示本发明的第三实施例所涉及的红外线传感器的基本电路图。
图6，是表示用于本发明的第三实施例所涉及的红外线传感器中的阻抗变换电路或增幅电路之一例的基本电路图。
图7，是表示本发明的第三实施例所涉及的红外线传感器阵列之一例的基本电路图。
图8，是表示本发明的第四实施例所涉及的红外线传感器阵列之一例的基本电路图。
图9，是表示本发明的第四实施例所涉及的红外线传感器阵列的设置情况之一例的平面图。
图10，是表示本发明的第四实施例所涉及的红外线传感器阵列的设置情况之一例的平面图。
图11，是表示本发明的第四实施例所涉及的红外线传感器阵列的设置情况之一例的平面图。
图12，是表示本发明的第四实施例所涉及的红外线传感器阵列的设置情况之一例的平面图。
图13，是表示本发明的第五实施例所涉及的红外线传感器阵列的主要部分之一例的电路图。
图14，是表示本发明的第五实施例所涉及的红外线传感器阵列的设置情况之一例的平面图。
图15，是表示用于本发明的第五实施例所涉及的红外线传感器阵列中的电荷存储机构之一例的基本电路图。
图16，是表示用于本发明的第五实施例所涉及的红外线传感器阵列中的电荷存储机构的工作状态的时序图。
图17，是表示现有电阻型红外线传感器的读出电路的基本电路图。
图18，是表示现有介电辐射热测量计型红外线传感器的基本电路图。
图19，是现有介电辐射热测量计型红外线传感器的驱动信号图。
符号说明
[0033]1-串联电容元件；2-参照电容元件；3-红外线检测电容元件；4-偏压控制开关；5-参照电容元件控制开关；6-红外线检测电容元件控制开关；8-电源线；9-偏压控制线；10-参照电容元件控制线；11-红外线检测电容元件控制线；12-偏压线；15-输出节点；20-红外线传感器；21-红外线传感器；22-红外线传感器；23-红外线传感器；24-电源线开关；28-垂直扫描及控制部；29-第一差动电路；30-第二差动电路；31-共同信号线；32-水平扫描部；33-第一垂直扫描线；34-第二垂直扫描线；35-第一水平扫描线；36-第二水平扫描线；37-偏压电源；40-红外线传感器；41-红外线传感器；42-红外线传感器；43-红外线传感器；44-红外线传感器；45-红外线传感器；46-红外线传感器；47-红外线传感器；50A-串联电容元件；50B-串联电容元件；60-红外线传感器；61-红外线传感器；62-红外线传感器；63-红外线传感器；70A-串联电容元件；70B-串联电容元件；73-红外线检测电容元件；75-输出节点；76-选择开关；78-电源线；83-第一垂直扫描线；84-第二垂直扫描线；90-阻抗变换电路或增幅电路；91-MOS晶体管；92-MOS晶体管；93-源极输出器输出节点；101A-存储控制开关；101B-存储控制开关；101C-存储控制开关；102A-电荷存储电容元件；102B-电荷存储电容元件；102C-电荷存储电容元件；103-输入端；104-输出控制开关；105-输出端；106-控制电路；111A-存储电容控制线；111B-存储电容控制线；111C-存储电容控制线；115-输出控制线。
具体实施方式
[0034](第一实施例)
参照附图说明本发明的第一实施例所涉及的红外线传感器。图1，表示本实施例的红外线传感器的基本电路图。
[0035]如图1所示，本实施例的红外线传感器，是串联电容元件1的一个端子、和参照电容元件2及红外线检测电容元件3的一个端子，分别通过由MOS(金属氧化物半导体)晶体管构成的电容元件控制开关5和红外线检测元件控制开关6中的一个控制开关已电连接，形成有输出节点15。补充说明一下，已设定为这样的，即：串联电容元件1和参照电容元件2的电容值，分别与在红外线未射入的情况下的红外线检测电容元件3的电容值实质上相等。就是说，各电容值，在利用众所周知的制造方法制造出的情况下的误差范围内相等。
[0036]串联电容元件1的其他端子已经与电源线8连接，参照电容元件2及红外线检测电容元件3的其他端子已经被接地。在参照电容元件控制开关5及红外线检测电容元件控制开关6的栅极上，分别连接有参照电容元件控制线10和红外线检测电容元件控制线11中的一条控制线。在输出节点15上，连接有栅极已经与偏压控制线9连接、源极已经与偏压线12连接的偏压控制开关4的漏极。
[0037]下面，说明本实施例的红外线传感器的工作情况。图2，表示使本实施例的红外线传感器工作的时刻。
[0038]首先，在时刻T1，使电容元件控制线10的电压成为高(“H”)水平，使参照电容元件控制开关5成为接通状态，使参照电容元件2与串联电容元件1连接。接着，通过在时刻T2，使偏压控制线9的电压成为“H”水平，并且使偏压控制开关4成为接通状态，来使输出节点15的电压成为偏压VB。
[0039]接着，使偏压控制线9的电压成为低(“L”)水平后，在时刻T3，使电源线8的电压从VL上升到VH。电源线8的电压中新上升的部分(VH-VL)，是根据串联电容元件1与参照电容元件2的电容比而分配，再加在输出节点15的电压上。因为在本实施例的红外线传感器中，串联电容元件1和参照电容元件2的电容值相等，所以加在输出节点15的电压上的电压是(VH-VL)的二分之一。以该状态下的输出节点15的电压作为基准电位Vref。
[0040]接着，使电源线8的电压再次成为VL，使参照电容元件控制线10的电压成为“L”水平，将参照电容元件2从串联电容元件1分开，结束基准电位Vref的测定。
[0041]接着，通过在时刻T4，使信号线11的电压成为“H”水平，并且使红外线检测电容元件控制开关6成为接通状态，来使红外线检测电容元件3与串联电容元件1连接。接着，通过在时刻T5，使偏压控制线9的电压成为“H”水平，来使输出节点15的电压再次与偏压VB相等。接着，在时刻T5，使电源线8的电压从VL上升到VH。这样，VH与VL的电压差(VH-VL)就根据串联电容元件1与红外线检测电容元件3的电容比而分配，再加在输出节点15的电压上。以该状态下的输出节点15的电压作为检测电位Vsig。
[0042]在红外线射入了红外线检测电容元件3中的情况下，红外线检测电容元件3的电容值根据射入的红外线强度而上升。因此，射入的红外线强度越强，加在输出节点15的电压上的电压就越低、检测电位Vsig与基准电位Vref的电位差就越大。
[0043]因此，能通过求出基准电位Vref与检测电位Vsif的电位差Vdif，来求出射入了红外线检测电容元件3中的红外线强度。
[0044]在本实施例中，作为因串联电容元件1与参照电容元件2的电容比而产生的基准电位Vref、和因串联电容元件1与红外线检测电容元件3的电容比而产生的检测电位Vsig的电位差Vdif，求出射入了红外线检测电容元件3中的红外线强度。设参照电容元件2的电容值与红外线检测电容元件3的在红外线未射入红外线检测电容元件3中的情况下的电容值相等。因此，在红外线未射入红外线检测电容元件3中的情况下，Vref与Vsig之差即偏移大致为0。
[0045]因为只要提供简单的时刻脉冲，就能驱动红外线传感器，所以能将电路结构简单化。因此，能够实现下述红外线传感器，即：不需要在设为将多个红外线传感器设置成矩阵状的红外线传感器阵列的情况下，设置复杂的补正机构的红外线传感器。而且，能够实现不需要补正红外线传感器形成在其中的半导体衬底的温度的红外线传感器及红外线传感器阵列。
[0046](第二实施例)
下面，参照附图说明本发明的第二实施例。图3，表示本实施例的红外线传感器阵列的基本电路图。
[0047]如图3所示，在本实施例中，红外线传感器20、红外线传感器21、红外线传感器22及红外线传感器23这四个红外线传感器，设置为两行两列的矩阵，形成了红外线传感器阵列。补充说明一下，各红外线传感器的基本结构，与第一实施例一样。
[0048]红外线传感器20到红外线传感器23的各偏压控制线9、各参照电容元件控制线10及各红外线检测电容元件控制线11，分别连接在一起，连接在垂直扫描及信号控制部28上。各偏压线12，都并列连接起来，连接在偏压电源37上。各电源线8，分别通过由MOS晶体管构成的电源线开关24连接在一起，与垂直扫描及信号控制部28已连接。
[0049]红外线传感器20及红外线传感器21的电源线开关24的各栅极、和红外线传感器22及红外线传感器23的电源线开关24的各栅极，分别通过第一垂直扫描线33和第二垂直扫描线34中的一条垂直扫描线，与垂直扫描及信号控制部28已连接。
[0050]红外线传感器20及红外线传感器22的各输出节点15连接在一起，与第一差动电路部29已连接；红外线传感器21及红外线传感器23的各输出节点15连接在一起，与第二差动电路部30已连接。第一差动电路部29和第二差动电路部30，分别通过第一水平扫描线35和第二水平扫描线36中的一条水平扫描线，与水平扫描部32已连接。第一差动电路部29和第二差动电路部30的各输出，与共同信号线31已连接。
[0051]下面，说明本实施例的红外线传感器阵列的工作情况。图4，表示使本实施例的红外线传感器阵列工作的时刻。
[0052]首先，在时刻T0，使第一垂直扫描线33的电压成为“H”水平，使构成红外线传感器阵列的第一行的红外线传感器20和红外线传感器21与电源线8连接。接着，在时刻T1，使参照电容元件控制线10的电压成为“H”，设串联电容元件1和参照电容元件2为已串联连接起来的状态。接着，在时刻T2，使偏压控制线9的电压成为“H”水平，使输出节点15的电压成为偏压VB。
[0053]接着，使偏压控制线9的电压成为“L”水平后，在时刻T3，使电源线8的电压从VL上升到VH。这样，(VH-VL)的二分之一的电压就分别加在与电源线8连接着的红外线传感器20及红外线传感器21的输出节点15的电压上。以该电压作为基准电位Vref，分别使差动电路部29和差动电路部30记忆该电压。
[0054]接着，使电源线8的电压再次成为VL，使参照电容元件控制线10的电压成为“L”水平后，在时刻T4，使红外线检测电容元件控制线11的电压成为“H”水平，设串联电容元件1和红外线检测电容元件3为串联连接起来的状态。接着，在时刻T5，使偏压控制线9的电压成为“H”水平，使输出节点15的电压再次成为偏压VB。
[0055]接着，使偏压控制线9的电压成为“L”水平后，使电源线8的电压从VL上升到VH。这样，与电源线8连接着的红外线传感器20及红外线传感器21的输出节点15的电压，就分别成为基于射入红外线检测电容元件中的光强度的电压。以该电压作为检测电位Vsig，分别使差动电路部29和差动电路部30记忆该电压。
[0056]接着，使电源线8的电压再次成为VL，使电容元件控制线10的电压成为“L”水平。接着，通过给第一水平扫描线35以驱动脉冲，来使第一差动电路部29作为红外线传感器20的信号输出向共同输出线31输出基准电位Vref与检测电位Vgig的电位差Vdif-20。接着，通过给第二水平扫描线36以驱动脉冲，来使第二差动电路部30作为红外线传感器21的信号输出向共同输出线31输出基准电位Vref与检测电位Vgig的电位差Vdif-21。之后，使第一垂直扫描线33的电压成为“L”水平。这样，对第一行的读出工作就结束了。
[0057]接着，在时刻T8，使第二垂直扫描线34的电压成为“H”水平，再选出矩阵的第二行的红外线传感器22和红外线传感器23，反复进行与第一行一样的操作。这样来向共同输出线31输出来自红外线传感器22的信号输出dif-22和来自红外线传感器23的信号输出dif-23。
[0058]本实施例的红外线传感器阵列，将在第一实施例中所示的、偏移大致为0的红外线传感器设置为矩阵状。因而，构成红外线传感器阵列的所有红外线传感器的偏移大致为0，偏差也非常小。因此，不需要用以补正偏移的、比较复杂的驱动电路、演算电路及驱动程序等，能将电路结构简单化。其结果是，能够容易地实现结构简单、并且能够极为正确地测定温度的红外线传感器阵列。
[0059]补充说明一下，在本实施例中表示的是，将红外线传感器设置为两行两列的例子。不过，行数和列数，可以任意选择。
[0060](第三实施例)
下面，参照附图说明本发明的第三实施例。图5，表示本实施例的红外线传感器的基本电路结构。如图5所示，本实施例的红外线传感器，是在第一实施例所示的输出节点15上连接有阻抗变换电路或增幅电路即输出电路90。
[0061]图6，表示源极输出电路作为输出电路90之一例。如图6所示，源极输出电路，是在电源与接地之间串联连接了MOS晶体管91和MOS晶体管92。将来自输出节点15的信号输出到晶体管91的栅极中，将偏压施加在晶体管92的栅极上。通过设为这样的结构，已被阻抗变换的信号输出到晶体管91与晶体管92的连接点即源极输出器输出节点93中。
[0062]图7，表示在将本实施例的红外线传感器设置为矩阵状而成为红外线传感器阵列的情况下的电路结构之一例。如图7所示，在构成红外线传感器阵列的各红外线传感器的输出节点15上分别连接有输出电路90。因为在使各红外线传感器的输出节点15直接相互连接起来的情况下，杂散电容的值和扩散电容的值增加得比红外线检测电容元件的电容值大，所以信号输出减少。因为在实际使用时，将红外线传感器例如设置为600行、600列左右的矩阵，所以构成红外线传感器阵列的红外线传感器数量达到36万个这膨大的数量，从而不可忽视杂散电容和扩散电容的增加。
[0063]但是，在本实施例的红外线传感器阵列中，因为各红外线传感器通过输出电路90相互连接起来，所以能够消除杂散电容和扩散电容的影响，能够得到很大的输出。
[0064](第四实施例)
下面，参照附图说明本发明的第四实施例。图8，表示本实施例的红外线传感器阵列的基本电路结构。如图8所示，在红外线传感器40的电源线开关24及红外线传感器42的电源线开关24、与电源线8之间设置有串联电容元件50A，构成矩阵的第一列的红外线传感器40和红外线传感器42，共同具有串联电容元件。同样，构成矩阵的第二行的红外线传感器41和红外线传感器43，共同具有串联电容元件50B。
[0065]在设为这样的结构的情况下，需要对驱动参照电容元件控制线和红外线检测电容元件控制线的时刻进行调整，但是能将红外线传感器阵列小型化。能通过将用以设置串联电容元件的面积用作设置红外线检测电容元件的面积，使红外线检测电容元件较大，能够提高检测灵敏度。
[0066]补充说明一下，表示了共同具有串联电容元件的例子作为本实施例，不过共同具有参照电容元件也可以。表示了每个列共同具有串联电容元件的例子，不过每个行共同具有串联电容元件也可以，另外，与行、列无关地共同具有串联电容元件也可以。在图8中表示了两行两列的例子。不过，行数和列数，可以任意设定。
[0067]图9，表示将本实施例的红外线传感器阵列形成在衬底上的平面设置情况之一例。如图9所示，红外线传感器40，是从左边依次设置有参照电容元件2、红外线检测电容元件3及串联电容元件50A；红外线传感器41，是从右边依次设置有参照电容元件2、红外线检测电容元件3及串联电容元件50A。红外线传感器40和红外线传感器41，形成在相邻的位置上，呈以串联电容元件50A为中心左右对称的样子，共同具有串联电容元件50A。
[0068]同样，红外线传感器42和红外线传感器43，共同具有串联电容元件50B。这样，通过在由两个红外线传感器构成的红外线传感器组内共同具有串联电容元件，就能够省略一个串联电容元件的面积，能将红外线传感器阵列小型化。如果用相当于省略的串联电容元件面积的面积扩大其他电容元件的面积，就能在使红外线传感器阵列的占有面积不增大的状态下进行高灵敏度化。
[0069]图10，表示将本实施例的红外线传感器阵列形成在衬底上的平面设置情况的别的例子。如图10所示，在由红外线传感器40、红外线传感器41、红外线传感器42及红外线传感器43这四个红外线传感器构成的红外线传感器组内，共同具有串联电容元件50A。能在四个红外线传感器中省略三个串联电容元件的面积，能使红外线检测电容元件的面积增大。因此，能进一步提高灵敏度。
[0070]图11，表示在共同具有参照电容元件的情况下的衬底上的平面设置情况之一例。包括红外线检测电容元件3的红外线传感器40、和包括红外线检测电容元件3的红外线传感器41，在中央部分共同具有参照电容元件2，被形成在相邻的位置上。同样，包括红外线检测电容元件3的红外线传感器42、和包括红外线检测电容元件3的红外线传感器43，在中央部分共同具有参照电容元件2，被形成在相邻的位置上。在形成了由所述四个红外线传感器构成的红外线传感器组的区域外侧，形成有所述四个红外线传感器共同具有的串联电容元件50A。
[0071]图12，表示下述情况下的平面设置情况之一例，该情况是：由四个红外线传感器构成的红外线传感器组共同具有一个参照电容元件2，而且两组共同具有参照电容元件2的、分别具有四个红外线传感器的红外线传感器组即一共八个红外线传感器，共同具有一个串联电容元件。
[0072]这样，通过不仅共同具有串联电容元件，也共同具有参照电容元件，就能进一步缩小参照电容元件占有的面积，从而能使红外线检测电容元件的面积增大。因此，能够实现灵敏度很高的红外线传感器阵列。
[0073]补充说明一下，与第三实施例一样，在本实施例的红外线传感器阵列中，也可以设置源极输出电路等输出电路。
[0074](第五实施例)
下面，参照附图说明本发明的第五实施例。图13，表示本实施例的红外线传感器阵列的主要部分的基本电路结构。如图13所示，构成本实施例的红外线传感器阵列的红外线传感器中设置在同一列上的各红外线传感器，共同具有串联电容元件。例如，设置在第一列上的红外线传感器60和红外线传感器62，共同具有串联电容元件70A；设置在第二列上的红外线传感器61和红外线传感器63，共同具有串联电容元件70B。
[0075]而且，本实施例的红外线传感器省略了参照电容元件。例如红外线传感器60，是在一个端子连接在电源线78上的串联电容元件70A的其他端子上，通过由MOS晶体管构成的选择开关76连接有红外线检测电容元件73的一个端子。红外线检测电容元件73的其他端子已被接地。补充说明一下，串联电容元件70A的电容值已被设定，做到：该电容值与在红外线未射入红外线检测电容元件73中的情况下的电容值相等。
[0076]因此，通过使第一垂直扫描线83的电压成为“H”水平、使红外线传感器60的选择开关76成为接通状态，被输出到串联电容元件70A与选择开关76连接起来的节点75中的电压成为下述电压，即：施加在电源线78与接地之间的电压根据串联电容元件70A与红外线检测电容元件73的电容比被分配后的电压。
[0077]因此，在红外线未射入红外线检测电容元件73中的情况下，发生因串联电容元件70A的电容值和红外线检测电容元件73的电容值的偏差而产生的偏移。但是，在本变形例的红外线传感器阵列中，因为沿列方向已设置的各红外线传感器共同具有串联电容元件，所以在沿列方向设置的各红外线传感器中产生的偏移大致相等。因此，能对各列成批地进行偏移的补正，能够容易地实现结构简单、并且能够极为正确地测定温度的红外线传感器阵列。
[0078]而且，因为本实施例的红外线传感器阵列，是每个列共同具有串联电容元件，所以即使形成串联电容元件的空间比较狭小也没问题。图14，表示本变形例的红外线传感器阵列的平面结构之一例。在图14中，表示了在一个列上设置有六个红外线传感器的例子。因为没有参照电容元件的占有空间，并且几乎不需要串联电容元件的占有空间，所以能使红外线检测电容元件的面积较大。因此，能够实现灵敏度很高的红外线传感器阵列。
[0079]补充说明一下，在本实施例中，也能够任意设定设置红外线传感器的行数和列数。
[0080](第六实施例)
下面，参照附图说明本发明的第六实施例。本实施例的红外线传感器阵列，在差动电路与共同输出线之间包括电荷存储电路部。例如，在图3所示的红外线传感器阵列的第一差动电路部29及第二差动电路部30的各输出、与共同输出线31之间设置有电荷存储电路部。来自由垂直扫描及信号控制部28、和水平扫描部32构成的红外线传感器选择电路部所选出的红外线传感器的信号，以规定次数被反复输入到电荷存储电路部中，作为电荷储存在该电荷存储电路部中后，已储存的电荷合成而被输出到共同输出线31中。
[0081]图15，表示用于本实施例的红外线传感器阵列中的电荷存储电路部之一例。如图15所示，在电荷存储电路部的输入端103与接地之间，相互并列地连接有由MOS晶体管构成的存储控制开关101A和电荷存储电容元件102A、存储控制开关101B和电荷存储电容元件102B及存储控制开关101C和电荷存储电容元件102C。在输入端103与输出端105之间，串联连接了由MOS晶体管构成的输出控制开关104。
[0082]通过存储控制线111A、存储控制线111B及存储控制线111C，存储控制开关101A、存储控制开关101B及存储控制开关101C的各栅极，分别与控制电路106已连接。输出控制开关104，通过输出控制线114与控制电路106已连接。
[0083]下面，以与第一差动电路部29已连接的电荷存储电路部为例，说明本实施例的红外线传感器阵列的工作情况。
[0084]图16，表示使设置在本实施例的红外线传感器阵列中的电荷存储电路部工作的时刻。首先，进行图4所示的从时刻T0到时刻T7的工作后，给第一水平扫描线35以驱动脉冲，使差动电路部29输出第一次的、来自红外线传感器20的信号Vdif-20。与差动电路部29输出信号的时刻同时，给存储控制线111A以脉冲，使电荷存储电容元件102A作为电荷记忆来自差动电路部29的信号。
[0085]接着，再次进行从时刻T0到时刻T7的工作，使差动电路部29输出第二次的、来自红外线传感器20的信号Vdif-20。与差动电路部29输出信号的时刻同时，给存储控制线111B以脉冲，使电荷存储电容元件102B记忆电荷。还反复进行同样的扫描，使电荷存储电容元件102C作为电荷记忆第三次的、来自红外线传感器20的信号Vdif-20。
[0086]接着，通过使存储控制线111A、存储控制线111B及存储控制线111C的电压成为“H”水平，来使电荷存储电容元件102A、电荷存储电容元件102B及电荷存储电容元件102C并列连接，对储存在电荷存储电容元件102A、电荷存储电容元件102B及电荷存储电容元件102C中的电荷进行合成。同时，通过使输出控制线115的电压成为“H”水平，来使红外线传感器阵列的共同输出线31输出对三次来自红外线传感器20的信号进行合成后的信号Vdif-20。对于第二行的红外线传感器22，也进行同样的操作。对于连接在第二差动电路部30上的电荷存储电路，也并行地进行同样的操作。这样，就能读出整个红外线传感器阵列的数据。
[0087]这样，在本实施例的红外线传感器阵列中，因为对已并列连接的三次信号电荷进行合成后输出它，所以信号输出的值一样，而噪声为30.5，能够改善信噪比。补充说明一下，在本实施例中，表示了包括三个并列连接的电荷存储电容元件的例子。不过，电荷存储电容元件，可以设置两个或两个以上的任意数量。另外，如第三实施例那样，是设置有由源极输出电路等构成的输出电路的结构也可以；如第四实施例那样，是共同具有一部分参照电容元件的结构也可以。
[0088]补充说明一下，为了提高灵敏度，最好是将以钛酸钡为主要成分的电介质用作电容元件。
-工业实用性-
[0089]本发明的红外线传感器，能够实现不需要补正半导体衬底的温度变化的红外线传感器及红外线传感器阵列，能够实现能在未将电路结构复杂化的状态下，得到偏移很小并且信噪比很大的信号的红外线传感器及红外线传感器阵列，因而作为检出物体、人体所放出的红外线的红外线传感器及红外线传感器阵列等很有用。

Claims (12)

1.一种红外线传感器，其特征在于：
包括：串联电容元件和参照电容元件，各自显示规定电容值，
红外线检测电容元件，电容值根据射入元件中的红外线强度而变化，以及
输出节点，是所述串联电容元件的一个端子、所述参照电容元件的一个端子及所述红外线检测电容元件的一个端子相互连接起来的节点；
通过在所述串联电容元件的其他端子与所述参照电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以所述输出节点的电位作为基准电位；
通过在所述串联电容元件的其他端子与所述红外线检测电容元件的其他端子之间施加所述规定电压，来以所述输出节点的电位作为检测电位；
作为所述基准电位与所述检测电位的电位差输出所述红外线强度。
2.根据权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于：
所述串联电容元件的电容值和所述参照电容元件的电容值，与在红外线未射入所述红外线检测电容元件中的情况下的所述红外线检测电容元件的电容值相等。
3.根据权利要求1或2所述的红外线传感器，其特征在于：
还包括：参照电容元件控制开关，设置在所述参照电容元件的一个端子与所述输出节点之间，和
红外线检测电容元件控制开关，设置在所述红外线检测电容元件的一个端子与所述输出节点之间；
在所述串联电容元件的其他端子上，连接有供给所述规定电压的电源；
通过使所述参照电容元件控制开关成为接通状态，并且使所述红外线检测电容元件控制开关成为截止状态，来得到所述基准电位；
通过使所述参照电容元件控制开关成为截止状态，并且使所述红外线检测电容元件控制开关成为接通状态，来得到所述检测电位。
4.一种红外线传感器阵列，其特征在于：
包括设置在二维矩阵上的多个红外线传感器；
所述各红外线传感器，具有：串联电容元件和参照电容元件，各自显示规定电容值，
红外线检测电容元件，电容值根据射入元件中的红外线强度而变化，以及
输出节点，是所述串联电容元件的一个端子、所述参照电容元件的一个端子及所述红外线检测电容元件的一个端子相互连接起来的节点；
通过在所述串联电容元件的其他端子与所述参照电容元件的其他端子之间施加规定电压，来以所述输出节点的电位作为基准电位；
通过在所述串联电容元件的其他端子与所述红外线检测电容元件的其他端子之间施加所述规定电压，来以所述输出节点的电位作为检测电位；作为所述基准电位与所述检测电位的电位差输出所述红外线强度。
5.根据权利要求4所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
所述串联电容元件的电容值和所述参照电容元件的电容值，与在红外线未射入所述红外线检测电容元件中的情况下的所述红外线检测电容元件的电容值相等。
6.根据权利要求3或4所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
所述各红外线传感器，还具有：参照电容元件控制开关，设置在所述参照电容元件的一个端子与所述输出节点之间，和
红外线检测电容元件控制开关，设置在所述红外线检测电容元件的一个端子与所述输出节点之间；
在所述串联电容元件的其他端子上，连接有供给所述规定电压的电源；
通过使所述参照电容元件控制开关成为接通状态，并且使所述红外线检测电容元件控制开关成为截止状态，来得到所述基准电位；
通过使所述参照电容元件控制开关成为截止状态，并且使所述红外线检测电容元件控制开关成为接通状态，来得到所述检测电位。
7.根据权利要求4或5所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
还包括差动电路部，记忆所述基准电位和所述检测电位，输出已记忆的所述基准电位与所述检测电位之差。
8.根据权利要求7所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
还包括阻抗变换电路或增幅电路，设置在所述各输出节点与所述差动电路部之间。
9.根据权利要求4到8中的任一项所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
所述多个红外线传感器中规定的两个或两个以上的红外线传感器，互相共同具有所述串联电容元件和所述参照电容元件中的至少一种电容元件。
10.根据权利要求4到8中的任一项所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
所述多个红外线传感器中连接在所述矩阵的同一行或同一列上的红外线传感器，互相共同具有所述串联电容元件和所述参照电容元件中的至少一种电容元件。
11.根据权利要求4到10中的任一项所述的红外线传感器阵列，其特征在于：
还包括：传感器选择电路部，选出所述多个红外线传感器中的至少一个红外线传感器，和
电荷存储电路部，储存规定次数的基于所述选出的红外线传感器所输出的所述电位差的电荷，合成所述储存规定次数后的电荷而输出该电荷；
所述电荷存储电路部，具有：多个电容元件，分别通过开关连接在所述输入电位差的端子与接地之间，和
驱动电路，驱动所述开关；
所述电荷存储电路部，将电荷分别储存在所述各电容元件中。
12.一种红外线传感器阵列，包括：设置在二维矩阵上的多个红外线传感器，和各自显示规定电容值的多个串联电容元件，其特征在于：
所述各红外线传感器，具有：电容值根据射入元件中的红外线强度而变化的红外线检测电容元件，和一个端子与所述红外线检测电容元件的一个端子连接的选择开关；
所述矩阵中设置在同一列上的所述红外线传感器所包含的所述选择开关的其他端子，都与同一个所述串联电容元件连接。
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