JP2000165748A

JP2000165748A - 赤外線撮像装置

Info

Publication number: JP2000165748A
Application number: JP10337541A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Endo; 勉遠藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-16
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP3011212B1

Abstract

(57)【要約】【課題】熱電変換素子の自己発熱によるバイアス電流
の変動を補正し、読出し回路の増幅度を十分に上げるこ
とができる赤外線撮像装置を提供する。【解決手段】赤外線撮像装置は、バイアス電流が供給
され、入射赤外線を電気信号に夫々変換する複数の熱電
変換素子１０１を有している。この赤外線撮像装置は、
上記電気信号を積分する積分回路Ｄと、積分回路Ｄに備
えた積分コンデンサ１０５に対する電荷の引抜き及び注
入の少なくとも一方を行う自己発熱補正定電流源回路１
３０とを有する。この自己発熱補正定電流源回路１３０
は、熱電変換素子１０１の自己発熱の影響による積分回
路Ｄでの電圧変動を補正する補正電流を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線撮像装置に
関し、特に、熱電変換素子の自己発熱によるバイアス電
流の変動を補正する機能を有する赤外線撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱型赤外線撮像装置（以下、単
に赤外線撮像装置と呼ぶ）は、マトリックス状に配列さ
れた複数の熱電変換素子を有し、物体の各部から放射さ
れる赤外線を吸収して熱に変換し、この熱を電気信号に
変換して画像として表示する。上記電気信号の成分は微
弱であるため、赤外線撮像装置上で十分に増幅してから
外部回路に出力することが望ましい。

【０００３】物体はプランクの式に基づいて、温度に対
応したパワーの赤外線を放射するため、赤外線撮像装置
は、可視光の撮像装置とは異なって大きなバイアス成分
を有する。例えば、ボロメータ型の赤外線撮像装置で
は、信号を読み出すためにバイアス電流を供給する必要
がある。このため、常温で動作するボロメータでは、特
に信号電流に対するバイアス電流の割合が大きくなり、
バイアス成分を大きくする原因となっている。従来の赤
外線撮像装置では、信号を電流に変換するトランジスタ
に対応する電源とは別の定電流源を設け、この定電流源
の働きによって、信号に比較して極めて大きなバイアス
成分をキャンセルしている。

【０００４】複数の画素から成る赤外線撮像装置では一
般に、各画素に対応する検出器のばらつき等に起因する
バイアスレベルのばらつきである固定パターンノイズ(F
PN:Fix pattern Noise)が存在する。この画素間のばら
つきの要因として、検出素子の構造上のばらつきが挙げ
られる。このばらつきは、信号を読み出す上で、増幅回
路における信号のダイナミックレンジを狭めるため、十
分な増幅度が得られない等の不具合を招く。この不具合
を回避するための従来の赤外線撮像装置が、特願平９−
３１５４５５号公報に記載されている。この赤外線撮像
装置は、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の補正を行うた
めのＦＰＮ補正定電流源回路を有している。

【０００５】図２２は、上記公報に記載の従来装置と同
種類の赤外線撮像装置の一例を示す回路図である。この
赤外線撮像装置は、半導体基板上に、熱電変換素子１３
０１、ＮＰＮトランジスタ１３０２、抵抗器１３０３、
ＰＮＰトランジスタ１３０４、スイッチ１３００、ＦＰ
Ｎ補正定電流１３１３、積分コンデンサ１３０５、及び
リセットスイッチ１３０６を有している。半導体基板上
には更に、ｎ形MOSFET１３０７、１３０８と、スイッチ
１３０９と、ホールドコンデンサ１３１０と、ｎ形MOSF
ET１３１１、１３１２と、Ｓ／Ｈout（サンプルホール
ド出力）１３１４が配設されている。熱電変換素子１３
０１等を含む受光部と半導体基板との間には、熱電変換
素子の逃げを防ぐダイヤフラムが形成されている。この
ダイヤフラムは、その下層がエッチングによって除去さ
れて宙に浮いた膜状の構造となっている。

【０００６】熱電変換素子１３０１としては、例えば、
ダイアフラム上に形成され、温度によって電気抵抗値が
変化するボロメータが用いられており、このボロメータ
は入射赤外線に対して感度がある。熱電変換素子１３０
１は、半導体基板上に１次元ないしは２次元状に多数形
成されており、複数のスイッチ１３００によって夫々が
切り替えられ、順次選択されることにより、基板上の回
路を通じて外部に順次読み出され、赤外線画像が検出さ
れる。

【０００７】上記従来の赤外線撮像装置は、次のように
作動する。図２２に示すように、ＮＰＮトランジスタ１
３０２のベースに電圧Ｖｂ１が印加されると、ＮＰＮト
ランジスタ１３０２のベース・エミッタ間電圧がＶｂｅ
となり、熱電変換素子１３０１に（Ｖｂ１−Ｖｂｅ）の
電圧が作用する。各熱電変換素子１３０１の抵抗値を夫
々Ｒｂ１とすると、ＮＰＮトランジスタ１３０２のコレ
クタには、Ｉｃ１＝（Ｖｂ１−Ｖｂｅ）／Ｒｂ１の電流
が流れる。

【０００８】ＰＮＰトランジスタ１３０４のベースに電
圧Ｖｂ２が印加されると、上記と同様に、ＰＮＰトラン
ジスタ１３０４のコレクタには、Ｉｃ２＝（Ｖｂ２−Ｖ
ｂｅ）／Ｒｂ２の電流が流れる。ここで、Ｒｂ２は抵抗
器１３０３の抵抗値である。電流Ｉｃ１とＩｃ２とはほ
ぼ釣り合っており、積分コンデンサ１３０５には僅かな
差分電流ΔＩ＝（Ｉｃ２−Ｉｃ１）が流れる。差分電流
ΔＩからは大部分のバイアス成分が除去されているが、
除去しきれなかったバイアス成分と信号成分とを含んで
いる。

【０００９】ここで、赤外線撮像装置に赤外線が入射す
ると、熱分離されたダイアフラム（図示せず）の温度が
上昇し、ダイアフラム上の熱電変換素子１３０１の抵抗
値が変化する。この抵抗値の変化によって電流Ｉｃ１が
変化し、積分コンデンサ１３０５に蓄積される。また、
除去しきれないバイアス成分は、順次に選択される熱電
変換素子１３０１相互間の抵抗値のばらつきによって生
じる。Ｒｂ２の値は固定されているため、多数のＲｂ１
間に大きなばらつきがあると、差分電流ΔＩにもばらつ
きが発生する。

【００１０】ＦＰＮ補正定電流源回路１３１３は、上記
ばらつきを補正するための定電流源であり、図２３にそ
の構成を示す。ＦＰＮ補正定電流源回路１３１３は、定
電流源１３１９と、ＰＮＰトランジスタ１３１８と、複
数のＮＰＮトランジスタ１３１６と、ＮＰＮトランジス
タ１３１６の各エミッタに夫々接続される抵抗器１３１
５と、ＮＰＮトランジスタ１３１６の各コレクタに夫々
接続されるスイッチ１３１７とを有する。１３２０はＦ
ＰＮ補正定電流源出力である。ＦＰＮ補正定電流源回路
１３１３は複数段の定電流源から構成され、各定電流源
の電流値には、Ｉ０、２Ｉ０、４Ｉ０・・・のように２
の整数乗の重み付けがされている。２の整数乗の重み付
けをするために、抵抗器１３１５の抵抗値には、Ｒ０、
Ｒ０／２、Ｒ０／４・・・のように電流値に反比例する
重み付けが施されている。

【００１１】ＦＰＮ補正定電流源回路１３１３によって
１／２ⁿとなった差分電流ΔＩは、積分コンデンサ１３
０５に蓄積される。バイアス成分の除去とＦＰＮ補正と
によって、積分コンデンサ１３０５に蓄積されるべき電
荷量が小さくなるため、積分コンデンサ１３０５が小さ
くされている。

【００１２】積分コンデンサ１３０５に蓄積された信号
電荷は、ｎ形MOSFET１３０７、１３０８から成るソース
フォロワによって、高出力インピーダンスから低出力イ
ンピーダンスに変換される。スイッチ１３０９及びホー
ルドコンデンサ１３１０から成るサンプル・ホールド回
路は、時系列で出力される信号をサンプリングして一時
保持する。スイッチ１３０９は、ｐ形及びｎ形MOSFETの
双方のソースが相互に、並びに双方のドレインが相互に
接続されたトランスファーゲートから構成される。ｎ形
MOSFET１３１１、１３１２もソースフォロワを構成して
おり、Ｓ／Ｈout１３１４に低インピーダンスで出力す
る。

【００１３】図２４は、図２２の読出し回路とその周辺
部とを含めた赤外線撮像装置の全体回路図である。読出
し回路は、水平シフトレジスタ１４０１、マルチプレク
サ（データセレクタ）１４０２、ＦＰＮ補正定電流源１
４０３、読出し回路１４０４（ＦＰＮ補正定電流源以外
の部分）、垂直シフトレジスタ１４０６、熱電変換素子
１４０７、画素スイッチ１４０８、ＦＰＮ補正バッファ
１４０９、及びＦＰＮ補正バッファ１４１０等を有す
る。

【００１４】熱電変換素子１４０７は、この例では半導
体基板上に、２次元にマトリクス状に形成され、画素ス
イッチ１４０８によって切り換えて順次選択する。各熱
電変換素子の信号を読み出すために、この例ではマトリ
クスの各列に読出し回路１４０４を配設して信号を読み
出している。

【００１５】ＦＰＮ補正定電流源１４０３に供給される
ＦＰＮ補正用のデータは、例えば、熱電変換素子１４０
７の自己発熱後の抵抗値のばらつきに応じたデータが、
ＬＳＩチップ外のメモリ（図示せず）に全画素分蓄積さ
れている。各列の読出し回路が積分などの読出し動作を
行っている間、データバッファ１４１０は、読み出して
いる画素のＦＰＮデータを保持している。ここで、読出
し時間が長いほど、信号のノイズ帯域を狭くしてノイズ
を低減することができる。

【００１６】上記理由から、積分などの読出し時間をノ
イズ低減のために長くとる必要があり、データバッファ
１４１０のデータの入替えは瞬時に行うことが望まし
い。ここでは、２系統のデータバッファを有し、データ
バッファ１４１０に読み出し中の画素のＦＰＮデータを
保持しつつ、次に読み出す画素のＦＰＮデータをデータ
バッファ１４０９に順次ロードする。読出しが次の画素
に変わる時点で、ＬＥ（ラッチ・イネーブル）信号を用
いてデータバッファ１４０９の内容がデータバッファ１
４１０に転送される。

【００１７】各列の読出し回路１４０４の出力は、各読
出し回路１４０４内のサンプル・ホールド回路に保持さ
れている。各列のサンプル・ホールド出力Ｓ／Ｈout
は、マルチプレクサ１４０２によって順次選択され、ソ
ースフォロワ１４１１を介して出力ｏｕｔに出力され
る。水平シフトレジスタ１４０１は、各列のマルチプレ
クサ１４０２のスイッチを順次に選択する用途と、各列
のＦＰＮデータバッファ１４０９を順次選択する用途に
用いられる。ＤFPNは、ＦＰＮデータバッファ１４０９
に繋がるデータバスであり、例えば各列のＦＰＮ補正定
電流源１４０３が３ビットの場合には３本のラインとな
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
赤外線撮像装置では、自身に流れるバイアス電流によ
り、熱分離されたダイアフラムの温度が、入射赤外線の
強度とは関係なく上昇（自己発熱）し、ダイアフラム上
の熱電変換素子の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化
は、熱電変換素子に流れるバイアス電流を変化させ、そ
の結果として積分コンデンサ端の電圧を変化させる。こ
の自己発熱の影響によるノイズが、読出し回路のダイナ
ミックレンジを支配するため、ＦＰＮ補正定電流源によ
って熱電変換素子のばらつきを補正したにも拘わらず、
増幅度が十分に上がらない等の不具合を生じる。

【００１９】また、信号のノイズ帯域を狭くしてノイズ
を低減するために積分等の読出し時間を長くする場合ほ
ど上記自己発熱の影響が顕著になり、抵抗値変化に伴う
積分コンデンサ端の電圧変化が、読出し回路のダイナミ
ックレンジの妨げとなる。このため、増幅度が十分に上
がらず、後段に繋がる回路のノイズが全体ノイズに占め
る割合を増大させ、ノイズ劣化を招く等の恐れがあっ
た。

【００２０】一方、上述のばらつきを補正するために自
己発熱を補正する従来の赤外線撮像装置も知られている
（例えば、特開平９−２８４６５１号公報）。この赤外
線撮像装置では、熱電変換素子の自己発熱で生じる抵抗
値変動に伴うバイアス電流の変動を補正するために、鋸
波（ランプ波形）電圧発生回路等を用いて、熱電変換素
子に作用するバイアス電圧を時間に応じて変化させる。
しかし、この赤外線撮像装置では、鋸波電圧が平滑化さ
れてしまうので、バイアス電圧のノイズを除去するため
のバイパスコンデンサを設けることができない。このた
め、バイアス電圧からの十分なノイズ除去が困難にな
り、ノイズ劣化を招く恐れがある。

【００２１】本発明は、上記に鑑み、熱電変換素子の自
己発熱によるバイアス電流の変動を補正し、読出し回路
の増幅度を十分に上げることができる赤外線撮像装置を
提供することを目的とする。本発明は更に、上記目的を
達成した上で、簡素な構成を備えた赤外線撮像装置を提
供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の赤外線撮像装置は、バイアス電流が供給さ
れ、入射赤外線を電気信号に夫々変換する複数の熱電変
換素子を有する赤外線撮像装置において、前記電気信号
を積分する積分回路と、該積分回路に備えた積分コンデ
ンサに対する電荷の引抜き及び注入の少なくとも一方を
行う自己発熱補正定電流源回路とを備え、該自己発熱補
正定電流源回路が、前記熱電変換素子の自己発熱の影響
による前記積分回路での電圧変動を補正する補正電流を
供給することを特徴とする。

【００２３】本発明の赤外線撮像装置では、自己発熱補
正定電流源回路が積分回路に補正電流を与えて、積分回
路で自己発熱補正電圧を発生させ、この自己発熱補正電
圧を積分回路内の積分コンデンサ端の電圧から減算する
ことによって、熱電変換素子の自己発熱の影響によるバ
イアス電流のばらつきを補正することができる。

【００２４】ここで、前記自己発熱補正定電流源回路
が、前記補正電流を一方向に流す定電流源から構成され
ることが好ましい。この場合、定電流源を作動させて、
積分回路の積分コンデンサ端の電圧から自己発熱補正電
圧を減算し、自己発熱による影響を低減することがで
き、しかも自己発熱補正定電流源回路を簡素な回路構成
で実現できる。

【００２５】また、前記自己発熱補正定電流源回路が、
前記補正電流を２方向に流す一対の定電流源から構成さ
れることが好ましい。この場合、一対の定電流源を交互
に作動させて、積分回路の積分コンデンサから電荷を引
き抜く動作と電荷を注入する動作を繰り返し、自己発熱
補正電圧を積分コンデンサ端の電圧から加減算して、自
己発熱による影響を低減することができる。

【００２６】更に好ましくは、前記一対の定電流源を夫
々、複数段の定電流源から構成する。これにより、自己
発熱によるバイアス電流の変動補正の精度を一層向上さ
せることができる。

【００２７】前記一対の定電流源は、予め設定された第
１自己発熱補正パルスが供給されて作動する第１スイッ
チ、一端が接地された第１抵抗器、及び、エミッタが該
第１抵抗器の他端に接続され且つコレクタが前記第１ス
イッチに接続されたＮＰＮトランジスタから成る第１定
電流源と、予め設定された第２自己発熱補正パルスが供
給されて作動する第２スイッチ、一端が電源に接続され
た第２抵抗器、及び、エミッタが該第２抵抗器に接続さ
れ且つコレクタが前記第２スイッチの別の端子に接続さ
れたＰＮＰトランジスタから成る第２定電流源とから構
成されることが好ましい。この場合、自己発熱の影響を
補正する回路構成を簡素化することができる。

【００２８】具体的には、前記第１及び第２自己発熱補
正パルスは夫々、所定時間毎に極性が反転するパルスか
ら構成される。この場合、第１定電流源の第１スイッチ
と第２定電流源の第２スイッチとを夫々適正に作動させ
て補正電流を得ることが可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明を更に詳細
に説明する。図１は、本発明の第１実施形態例における
赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。赤外線
撮像装置は、半導体基板（図示せず）上に、熱電変換素
子（回路）Ａ、バイアス供給定電流源回路Ｂ、バイアス
キャンセル定電流源回路Ｃ、積分回路Ｄ、ソースフォロ
ワ（ドレイン接地増幅回路）Ｅ、サンプルホールド回路
Ｆ、ソースフォロワＧ、ＦＰＮ補正定電流源回路１１
９、及び、自己発熱補正定電流源回路１３０を有する。
熱が外部に放出するのを防ぐダイヤフラム上に、熱電変
換回路Ａが形成されている。

【００３０】熱電変換回路Ａは、一端が接地された複数
のスイッチ１００と、各スイッチ１００の他端に一端が
接続された複数の熱電変換素子１０１とから構成され、
入射する赤外線を熱に変換し電気信号に変換する。熱電
変換素子１０１は、本実施形態例では、ダイアフラム上
に配設されたボロメータから構成され、入射赤外線に対
して感度がある。熱電変換素子１０１は、半導体基板上
に、１次元ないしは２次元状に多数形成されており、ス
イッチ１００によって切り替えられ、順次に選択され
る。

【００３１】バイアス供給定電流源回路Ｂは、熱電変換
回路Ａにバイアス電流を供給するもので、コレクタが後
述のＰＮＰトランジスタ１０４のコレクタとライン１１
とに共通接続され、ベースがベース電圧Ｖｂ１に接続さ
れたＮＰＮトランジスタ１０２から構成される。

【００３２】バイアスキャンセル定電流源回路Ｃは、積
分コンデンサ１０５に対する電荷の注入を行いバイアス
電流をキャンセルして差分電流ΔＩのばらつきを補正す
る。バイアスキャンセル定電流源回路Ｃは、Ｖcanに一
端が接続された抵抗器１０３と、エミッタが抵抗器１０
３の他端に接続され且つベースがＶｂ２に接続されたＰ
ＮＰトランジスタ１０４と、コレクタがＮＰＮトランジ
スタ１０２のコレクタ及び後段へのライン１１に共通接
続され且つベースがＶｂ１に接続されたＮＰＮトランジ
スタ１０２とを有する。ＮＰＮトランジスタ１０２のエ
ミッタは、熱電変換素子１０１の各他端に共通接続され
る。なお、Ｖcanは、電源Ｖccとは別に電圧が設定され
たキャンセル用の電源である。

【００３３】積分回路Ｄは、熱電変換素子１０１による
熱変換に基づいた差分電流ΔＩを一旦蓄積して放出する
積分コンデンサ１０５を有する。積分回路Ｄは、１つの
端子がリセット電圧Ｖｒに接続され且つ別の端子がライ
ン１１に接続されたリセットスイッチ１０６と、一端が
接地され且つ他端がライン１１に接続された積分コンデ
ンサ１０５とを有する。リセットスイッチ１０６にはリ
セット信号φＲが供給される。

【００３４】ソースフォロワＥは、ｎ形MOSFET１０７及
び１０８から構成され、積分コンデンサ１０５に蓄積さ
れた信号を、高インピーダンスから低インピーダンスに
変換する。

【００３５】サンプルホールド回路Ｆは、スイッチ１０
９及びホールドコンデンサ１１０から構成され、ソース
フォロワＥから時系列で送られる信号をサンプリング
し、一時保持する。スイッチ１０９は、ソースフォロワ
ＥとソースフォロワＧとの間に挿入され、ホールドコン
デンサ１１０は、一端がスイッチ１０９とソースフォロ
ワＦとの間のラインに接続され、他端が接地されてい
る。スイッチ１０９は、ｐ形及びｎ形MOSFET双方のソー
スが相互に接続され、双方のドレインが相互に接続され
たトランスファーゲートから構成される。

【００３６】ソースフォロワＧは、ｎ形MOSFET１１１及
び１１２から構成され、サンプルホールド回路Ｆに蓄積
された電荷をＳ／Ｈout（サンプルホールド出力）１１
３に出力するもので、ソースフォロワＥと同様に低イン
ピーダンスである。

【００３７】ＦＰＮ補正定電流源回路１１９は、ＦＰＮ
補正データ１１８を用いて熱電変換素子１０１のばらつ
きを補正し、画素間のばらつきである固定パターンノイ
ズ（ＦＰＮ）を補正する。ＦＰＮ補正定電流源回路１１
９は、各ベースにベース電圧１１７が印加される複数の
ＮＰＮトランジスタ１１５と、ＮＰＮトランジスタ１１
５の各エミッタに夫々の一端が接続された複数の抵抗器
１１６と、ＮＰＮトランジスタ１１５の各コレクタに接
続されたスイッチ１１４とを有する。各抵抗器１１６の
他端は接地されている。各スイッチ１１４にはＦＰＮ補
正データ１１８が夫々入力される。このようなＦＰＮ補
正定電流源回路１１９は複数段の定電流源から構成さ
れ、各定電流源の電流値は、Ｉ０、２Ｉ０、４Ｉ０・・
・のように２の整数乗の重み付けが施されている。２の
整数乗の重み付けを実現するために、各抵抗器１１６
は、Ｒ０、Ｒ０／２、Ｒ０／４・・・のように、電流値
に反比例する重み付けが施されている。

【００３８】自己発熱補正定電流源回路１３０は、ライ
ン１１に夫々接続された定電流源回路１３０ａ及び定電
流源回路１３０ｂを有し、熱電変換素子１０１による自
己発熱の影響による抵抗値の変化によるバイアス電流の
ばらつきを補正する。

【００３９】定電流源回路１３０ａは、１つの端子がラ
イン１１に接続されたスイッチ１２０と、一端が接地さ
れた抵抗器１２２と、エミッタが抵抗器１２２の他端に
接続され且つコレクタがスイッチ１２０の別の端子に接
続されたＮＰＮトランジスタ１２１とを有する。スイッ
チ１２０には自己発熱補正パルス１２４が供給され、Ｎ
ＰＮトランジスタ１２１のベースにはベース電圧１２３
が印加される。

【００４０】定電流源回路１３０ｂは、１つの端子がラ
イン１１に接続されたスイッチ１２５と、一端が電源に
接続された抵抗器１２７と、エミッタが抵抗器１２７の
他端に接続され且つコレクタがスイッチ１２５の別の端
子に接続されたＰＮＰトランジスタ１２６とを有する。
スイッチ１２５には自己発熱補正パルス１２９が供給さ
れ、ＰＮＰトランジスタ１２６のベースにはベース電圧
１２８が印加される。

【００４１】上記構成の赤外線撮像装置は、次のように
動作する。ＮＰＮトランジスタ１０２のベース・エミッ
タ間電圧をＶｂｅとするとき、ＮＰＮトランジスタ１０
２のベースに電圧Ｖｂ１が印加されると、熱電変換素子
１０１には、（Ｖｂ１−Ｖｂｅ）の電圧が与えられる。
また、熱電変換素子１０１の抵抗器値をＲｂ１とすると
き、ＮＰＮトランジスタ１０２のコレクタには、Ｉｃ１
＝（Ｖｂ１−Ｖｂｅ）／Ｒｂ１の電流が流れる。

【００４２】ＰＮＰトランジスタ１０４のベースに電圧
Ｖｂ２を印加すると、上記と同様に、ＰＮＰトランジス
タ１０４のコレクタには、Ｉｃ２＝｛Ｖｃｃ−（Ｖｂ２＋Ｖｂｅ２）｝／Ｒｂ２の電流が流れる。但し、Ｖｂｅ２はＰＮＰトランジスタ
１０４のベース・エミッタ間電圧、Ｒｂ２は抵抗器１０
３の抵抗値である。電流Ｉｃ１とＩｃ２とはほぼ釣り合
っており、積分コンデンサ１０５には僅かな差分電流Δ
Ｉ＝（Ｉｃ２−Ｉｃ１）が流れる。差分電流ΔＩは、バ
イアスキャンセル定電流源回路Ｃによって大部分のバイ
アス成分が除去されているが、除去しきれなかった信号
成分とバイアス成分とを含んでいる。

【００４３】赤外線が入射すると、熱分離されているダ
イアフラムの温度が上昇し、ダイアフラム上の熱電変換
素子１０１の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化によ
って変化する電流Ｉｃ１は、積分コンデンサ１０５に蓄
積される。

【００４４】除去しきれないバイアス成分は、順次選択
される複数の熱電変換素子１０１間のばらつきに起因し
て生じる。抵抗器１０３の抵抗値Ｒｂ２は固定であるた
め、多数の抵抗器１０１の各Ｒｂ１の間には大きなばら
つきがあり、これにより、差分電流ΔＩにもばらつきが
生じる。

【００４５】上記差分電流ΔＩのばらつきは、ＦＰＮ補
正定電流源回路１１９によって補正される。ＦＰＮ補正
定電流源回路１１９によって１／２ⁿとなった差分電流
ΔＩは、積分コンデンサ１０５に蓄積される。ＦＰＮ補
正定電流源回路１１９に供給されるＦＰＮ補正データ１
１８は、予め別の手法によって熱電変換素子１０１の自
己発熱後の抵抗値のばらつきに応じたデータを取得し、
そのデータを例えばＬＳＩチップ外のメモリに全画素分
格納されている。

【００４６】定電流源回路１３０ａ及び１３０ｂでは、
自己発熱補正パルス１２４及び１２９が、後述するタイ
ミングで、スイッチ１２０及び１２５を夫々制御する。
ダイアフラム上の熱電変換素子１０１は、熱分離された
ダイアフラムの温度が上昇（自己発熱）することによ
り、入射赤外線の強度とは無関係に抵抗値が変化する。
この抵抗値の変化により、熱電変換素子１０１に流れる
バイアス電流Ｉｂ１（Ｉｂ１≒Ｉｃ１）が変化する。自
己発熱補正定電流源回路１３０は、バイアス電流Ｉｂ１
の変化に応じて、積分コンデンサ１０５に電荷（電流）
を供給し、又は積分コンデンサ１０５から電荷を引き抜
く。

【００４７】バイアスキャンセル定電流源回路Ｃによる
バイアス成分（電流）の除去、ＦＰＮ補正定電流源回路
１１９によるＦＰＮの補正、及び、自己発熱補正定電流
源回路１３０による自己発熱の補正によって、積分コン
デンサ１０５に蓄積されるべき電荷量が小さくされるこ
とにより、積分コンデンサ１０５が小さく構成される。

【００４８】積分コンデンサ１０５に蓄積された信号
は、ソースフォロワＥで高インピーダンスから低インピ
ーダンスに変換され、更にサンプルホールド回路Ｆが、
時系列で入力される信号をサンプリングし、一時保持す
る。次いで、ソースフォロワＦが、低インピーダンスで
Ｓ／Ｈout１１３に出力する。

【００４９】ここで、本赤外線撮像装置の動作を詳細に
説明する。まず、熱電変換素子１０１の自己発熱におい
て、熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１のばらつきを考
慮しない場合を説明する。

【００５０】熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１は、自
己発熱温度ΔＴによって次式（１）のように変化する。 Rb1=R0(1＋α・ΔT) ……（１）ここで、Ｒ０は自己発熱による抵抗値変化前の抵抗値で
あり、αは熱電変換素子１０１の温度係数である。自己
発熱温度ΔＴは、Ｋ及びτが次式（２）及び（３）で表
されるとき、 K=(Ve1²/R0)/(Gth＋(Ve1²/R0)・α) ……（２） τ=Cth/(Gth＋(Ve1²/R0)・α) ……（３）次式（４）で表わされる。 ΔT=K(1−exp(−t/τ)) ……（４）ここで、Ｋは係数、τは実効熱時定数、Ｖｅ１は（Ｖｂ
１−Ｖｂｅ）の電圧、ｔは熱電変換素子１０１の１画素
の選択時間、Ｇｔｈは熱電変換素子１０１の熱コンダク
タンス、Ｃｔｈは熱電変換素子１０１の熱容量である。
Ｖｅ１には一定電圧を印加しているため、自己発熱によ
る熱電変換素子１０１の抵抗値変化により、Ｉｂ１もそ
れに伴い変化する。

【００５１】上記式（１）〜（４）から、熱電変換素子
１０１の選択時間の経過に伴い、自己発熱温度ΔＴが変
化し、その結果として熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ
１も変化することがわかる。ここで、後述の駆動条件に
おける自己発熱温度ΔＴを図２に示す。同図における横
軸は選択時間、縦軸は自己発熱温度ΔＴの変化を夫々示
す。同図では、自己発熱温度ΔＴが選択時間の経過に対
応して上昇している。また、自己発熱による熱電変換素
子１０１の抵抗値変化の様子を図３に夫々示す。同図に
おける横軸は選択時間、縦軸は抵抗値Ｒｂ１の変化を夫
々示す。同図では、熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１
が選択時間の経過に対応して低下している。

【００５２】図４は、自己発熱による電流Ｉｂ１の変化
の様子を示すグラフである。同図における横軸は選択時
間、縦軸は電流Ｉｂ１の変化を夫々示す。このときの駆
動条件は、Ｒ０＝１０ｋΩ、α＝−２％、Ｖｅ１＝２
Ｖ、ｔ＝３４μｓ（３２０×２４０画素相当の熱電変換
素子をフレームレート３０Ｈｚ、かつ、１水平期間を４
分割（読出し回路を４画素列に１回路）で駆動した場合
を想定）。Ｇｔｈ＝０．２６μＷ／Ｋ、Ｃｔｈ＝１．５ｎＪ／Ｋ

【００５３】また、電流Ｉｂ１による積分コンデンサ１
０５端の電圧Ｖｃ（図１）は、熱電変換素子１０１の１
画素の選択時間ｔの関数として、次式（５）で表され
る。このとき、ｔ＝０において積分コンデンサ１０５端
の電圧Ｖｃ＝０とした。 Vc(t)=［∫−(Ve1/(R0(1+α・ΔT))dt］／Ｃ ……（５）式（５）においてＣは積分コンデンサ１０５の容量値で
あり、ここでは９０ｐＦである。

【００５４】図５は、上記駆動条件における積分コンデ
ンサ１０５端の電圧Ｖｃの変化の様子を示すグラフであ
る。同図における横軸は選択時間、縦軸はＩｂ１の積分
電圧の変化を夫々示す。同図では、積分電圧が選択時間
の経過に対応してほぼ下降している。

【００５５】一方、ＰＮＰトランジスタ１０４、ベース
電圧Ｖｂ２及び抵抗器１０３から成るバイアスキャンセ
ル定電流源回路Ｂは、Ｉｂ１による上記（５）式での選
択時間の最終時の積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃが
零となるように、積分コンデンサ１０５にバイアスキャ
ンセル電流Ｉｃ２を注入する。このとき、バイアスキャ
ンセル電流Ｉｃ２≒抵抗器１０３に流れる電流Ｉｂ２で
ある。

【００５６】図６は、Ｉｂ２の設定法を模式的に示すグ
ラフである。同図における横軸は選択時間、縦軸は積分
電圧を夫々示す。上記と同様に、Ｉｂ２による積分コン
デンサ１０５端の電圧Ｖｃは、熱電変換素子１０１の１
画素の選択時間ｔの関数として、次式（６）で表され
る。 Vc(t)=｛∫(Ve2/Rb2)dt｝／Ｃ ……（６）ここで、Ｖｅ２は｛Vcc−(Vb2+Vbe)｝の電圧、Ｒｂ２は
抵抗器１０３の抵抗値である。

【００５７】上記から、Ｉｂ１とＩｂ２とによる積分コ
ンデンサ端における電圧Ｖｃが、熱電変換素子１０１の
１画素の選択時間ｔの関数として次式（７）で表され
る。 Vc(t)=［∫｛(Ve2/Rb2)-(Ve1/(R0(1+α・ΔT))｝dt］／Ｃ ……（７）

【００５８】Ｉｃ１とＩｃ２とはほぼ釣り合っており、
Ｉｃ１のバイアス成分をＩｃ２が除去（バイアスキャン
セル）するように働くが、積分コンデンサ１０５には僅
かな差分電流ΔＩ＝（Ｉｃ２−Ｉｃ１）が流れる。この
差分電流ΔＩは、熱電変換素子１０１の自己発熱による
影響であり、積分電圧として読出し回路のダイナミック
レンジの妨げとなる。そこで、自己発熱補正定電流源回
路１３０によって、上記自己発熱の影響を補正する。

【００５９】図７は、上記駆動条件におけるＩｂ１とＩ
ｂ２とによる積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃの変化
の様子を示すグラフである。同図における横軸は選択時
間、縦軸はバイアスキャンセル後の積分電圧の変化を夫
々示す。自己発熱補正定電流源回路１３０は、積分電圧
を線形近似した図８に示す三角波（自己発熱補正電圧）
を発生させる。

【００６０】図８は、上記（７）式で表される積分コン
デンサ１０５端の電圧Ｖｃと自己発熱補正電圧を表すグ
ラフである。同図では、自己発熱補正電圧を逆極性で表
示している。自己発熱補正電圧は、熱電変換素子１０１
の１画素の選択時間ｔの１／２の時間における、上記
（７）式で表される積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃ
を頂点とした三角波である。上記（７）式で表される積
分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃ（グラフの●）からこ
の自己発熱補正電圧（グラフの▲）を減算することによ
って、自己発熱による影響を低減することができる。

【００６１】次に、自己発熱補正電圧の作成法について
詳細に説明する。図１０は、自己発熱補正電圧の作成法
に関するタイミングチャートである。

【００６２】自己発熱補正パルス１２４及び１２９は、
ｔ／２毎に切り替わる反転パルスになっており、自己発
熱補正パルス１２４はスイッチ１２０に接続され、自己
発熱補正パルス１２９はスイッチ１２５に接続されてい
る。自己発熱補正電圧１２４及び１２９を発生するため
の自己発熱補正定電流源回路１３０に流れる補正電流Ｉ
ｓｈは、上記（７）式の選択時間ｔの１／２の時間にお
ける電圧Ｖｃ（ｔ／２）から、次式（８）によって算出
する。 Ish=C・Vc(t/2)/2 ……（８）

【００６３】補正電流ＩｓｈがＮＰＮトランジスタ１２
１、ＰＮＰトランジスタ１２６に夫々流れるように、抵
抗器１２２、ベース電圧１２３、抵抗器１２７及びベー
ス電圧１２８が夫々決定されている。

【００６４】選択時間の前半のｔ／２期間においてスイ
ッチ１２０をＯＮし、ＮＰＮトランジスタ１２１等から
成る定電流源回路１３０ａによって積分コンデンサ１０
５から電荷を引き抜き（−Ｉｓｈ）、後半のｔ／２期間
においてスイッチ１２５をＯＮし、ＰＮＰトランジスタ
１２６等から成る定電流源回路１３０ｂによって積分コ
ンデンサ１０５に電荷を供給し（＋Ｉｓｈ）、自己発熱
補正電圧を発生させる。この自己発熱補正電圧を上記
（７）式で表される積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃ
から減算することによって、自己発熱による影響を低減
することができる。

【００６５】図９は、自己発熱補正のあり／なしの積分
コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃの様子を表すグラフであ
る。同図における横軸は選択時間、縦軸は積分出力を夫
々示す。同図における●は自己発熱補正が無い場合の積
分電圧を、▲は自己発熱補正が有る場合の積分電圧を夫
々示す。同図から、自己発熱の補正を行うことによっ
て、読出し回路の増幅度が更に３．５倍程度向上するこ
とがわかる。また、このような積分方式の読出し回路に
よると、積分コンデンサ１０５の容量値を減少させるこ
とで増幅度を上げることができる。これはＬＳＩチップ
面積の縮小にも繋がる。

【００６６】次に、熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１
のばらつきを考慮した場合を説明する。ここでは、熱電
変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１のばらつきをＲ０±５％
とした場合を考え、Ｒ０＝１０ｋΩ、Ｒ０−５％の９．
５ｋΩ、Ｒ０＋５％の１０．５ｋΩの場合について説明
する。

【００６７】熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１がばら
つきを有していると、（１）式及び（２）式より、自己
発熱温度ΔＴ、熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１の変
化が夫々異なる。その結果として、（５）式からＩｂ１
による積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃも夫々異なる
ことになる。

【００６８】図１１は、抵抗値Ｒｂ１のばらつきをＲ０
±５％とした場合の積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃ
の変化の様子を示すグラフである。同図における横軸は
選択時間、縦軸は積分電圧を夫々示す。●は９．５ｋΩ
のＲｂ１における選択時間中の積分電圧を、▲は１０ｋ
ΩのＲｂ１における選択時間中の積分電圧を、■は１
０．５ｋΩのＲｂ１における選択時間中の積分電圧を夫
々示す。

【００６９】図１１では、Ｒ０−５％の９．５ｋΩにお
いて選択時間の最終時の積分コンデンサ１０５端の電圧
Ｖｃの電圧が零となるように、つまりバイアスキャンセ
ルできるようにＩｂ２が決定されている。これは、熱電
変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１のばらつきによる積分電
圧のばらつきの補正を行うためにＦＰＮ補正定電流源回
路１１９が設けられ、ＦＰＮ補正定電流源回路１１９
が、ＮＰＮトランジスタ１１５等から成る定電流源であ
って、積分コンデンサ１０５から電荷を引き抜くことに
よって実現される。従って、積分コンデンサ１０５端の
電圧Ｖｃで考える場合、電圧を下げる方向でＦＰＮ補正
を行うために、熱電変換素子１０１の抵抗値Ｒｂ１のば
らつきによる積分電圧が下限にあるものを基準とするた
めである。

【００７０】また、ＦＰＮ補正定電流源回路１１９に流
すＦＰＮ補正電流の設定は、積分電圧のばらつきの上限
であるＲ０＋５％の１０．５ｋΩの選択時間の最終時の
積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃの電圧と、積分電圧
のばらつきの下限であるＲ０−５％の９．５ｋΩの選択
時間の最終時の積分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃの電
圧との差分から、スイッチ１１４が全ビットでＯＮした
場合の電流を算出する。ＦＰＮ補正定電流源回路１１９
が、例えば４ビットで構成されていれば、この電流を２
⁴分割、つまり１６分割し、各ビットにバイナリーの重
み付けをし、各ビットの電流値とする。図１２は、１６
分割した場合における、ＦＰＮ補正定電流源回路１１９
に供給するＦＰＮ補正電流の設定法を模式的に示すグラ
フである。

【００７１】次に、抵抗値Ｒｂ１のばらつきを考慮した
場合の自己発熱の補正を検討する。自己発熱補正定電流
源回路１３０は、抵抗値Ｒｂ１のばらつきを考慮しない
場合と同様に、図１４に示すような積分電圧を線形近似
した三角波（自己発熱補正電圧）を発生させる。同図
は、８ビットのＦＰＮ補正を行った時の積分コンデンサ
１０５端の電圧Ｖｃの様子を示すグラフである。同図に
おける横軸は選択時間を、縦軸は積分電圧を夫々示し、
●は９．５ｋΩのＲｂ１における選択時間中の積分電圧
を、▲は１０ｋΩのＲｂ１における選択時間中の積分電
圧を、■は１０．５ｋΩのＲｂ１における選択時間中の
積分電圧を夫々示す。

【００７２】図１４は、８ビットのＦＰＮ補正後の積分
コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃと自己発熱補正電圧とを
表すグラフである。同図では、自己発熱補正電圧を逆極
性で表示している。同図における横軸は選択時間を、縦
軸は積分電圧を夫々示し、●は９．５ｋΩのＲｂ１にお
ける選択時間中の積分電圧を、▲は１０ｋΩのＲｂ１に
おける選択時間中の積分電圧を、■は１０．５ｋΩのＲ
ｂ１における選択時間中の積分電圧を、◆は自己発熱補
正電圧を夫々示す。

【００７３】抵抗値Ｒｂ１のばらつきを考慮した場合、
つまり８ビットのＦＰＮ補正を行い、ＦＰＮ補正後のば
らつきが小さい場合に、抵抗値Ｒｂ１のばらつきの最大
値であるＲ０＋５％の１０．５ｋΩの積分電圧を線形近
似した電圧を自己発熱補正電圧とすると、自己発熱補正
後の積分電圧の振幅が最小となる。

【００７４】図１５は、自己発熱補正のあり／なしの積
分コンデンサ１０５端の電圧Ｖｃの様子を示すグラフで
ある。同図における横軸は選択時間を、縦軸は積分電圧
を夫々示し、●は９．５ｋΩのＲｂ１における選択時間
中の積分電圧を、▲は１０ｋΩのＲｂ１における選択時
間中の積分電圧を、■は１０．５ｋΩのＲｂ１における
選択時間中の積分電圧を夫々示す。○はＲｂ１が９．５
ｋΩの場合の補正積分電圧を、△はＲｂ１が１０ｋΩの
場合の補正積分電圧を、□はＲｂ１が１０．５ｋΩの場
合の補正積分電圧を夫々示す。

【００７５】図１５から、熱電変換素子１０１の抵抗値
Ｒｂ１のばらつきを考慮しない場合に比べて補正精度は
やや低下するが、自己発熱の補正を行うことによって、
読出し回路の増幅度が更に２．５倍程度上昇することが
分かる。

【００７６】図１４では、自己発熱補正電圧をＲｂ１の
ばらつきの最大値であるＲ０＋５％の１０．５ｋΩの積
分電圧を線形近似したが、Ｒ０＝１０ｋΩまたはＲ０−
５％の９．５ｋΩの積分電圧で線形近似しても、自己発
熱補正後の積分電圧の振幅は多少大きくなるが、同程度
の補正精度が得られる。また、ＦＰＮ補正ビット数が少
なく、ＦＰＮ補正後のばらつきが大きい場合について
も、同様のことが言える。

【００７７】次に、本発明の第２実施形態例について図
面を参照して説明する。図１６は、本実施形態例におけ
る赤外線撮像装置の構成を示す回路図である。本実施形
態例における８００〜８２５は、図１の第１実施形態例
における１００〜１２４及び１３０に夫々対応してい
る。本実施形態例は、図１における定電流源回路１３０
ｂを有しない点で第１実施形態例と異なる。

【００７８】すなわち、第２実施形態例の自己発熱補正
定電流源回路８２５は、第１実施形態例の定電流源回路
１３０ａに対応する構成を有する、積分コンデンサ８０
５から電荷を引き抜く形式の定電流源回路である。自己
発熱補正定電流源回路８２５は、スイッチ８２０、ＮＰ
Ｎトランジスタ８２１及び抵抗器８２２から成り、ＮＰ
Ｎトランジスタ８２１のベースにはベース電圧８２３が
印加され、スイッチ８２０には自己発熱補正パルス８２
４が印加される。

【００７９】本実施形態例における赤外線撮像装置は次
のように動作する。ここでは、補正電流Ｉｓｈ及びバイ
アスキャンセル電流Ｉｃ２の双方を合わせた電流値で考
える。

【００８０】第１実施形態例では、図７及び図１３に示
した積分電圧を線形近似した三角波（自己発熱補正電
圧）を発生させるために、選択時間前半のｔ／２期間で
は積分コンデンサ１０５から補正電流Ｉｓｈを引き抜き
（−Ｉｓｈ）、後半のｔ／２期間では熱電変換素子１０
１の１画素の選択時間ｔの１／２の時間において、積分
コンデンサ１０５に補正電流Ｉｓｈを供給（＋Ｉｓｈ）
した。また、バイアスキャンセル電流Ｉｃ２は、全選択
時間にわたり、積分コンデンサ１０５に流れ込んでい
る。

【００８１】また、第１実施形態例では、抵抗値Ｒｂの
ばらつきを考慮した場合に、選択時間前半のｔ／２期間
の補正電流Ｉｓｈと選択時間の後半のｔ／２期間の補正
電流Ｉｓｈの絶対値が異なっていた。ここでは、絶対値
も議論するため、選択時間前半のｔ／２期間の補正電流
ＩｓｈをＩｓｈＡ、選択時間後半のｔ／２期間の補正電
流ＩｓｈをＩｓｈＢとおく。また、第１実施形態例で設
定したバイアスキャンセル電流Ｉｃ２の電流値をＩｃ２
１とする。

【００８２】図１７は、補正電流Ｉｓｈとバイアスキャ
ンセル電流Ｉｃ２との設定法を模式的に示す図である。

【００８３】第２実施形態例では、ＰＮＰトランジスタ
８０４、ベース電圧Ｖｂ２及び抵抗器８０３を有するバ
イアスキャンセル定電流源回路Ｂのバイアスキャンセル
電流Ｉｃ２の値を（Ｉｃ２１＋ＩｓｈＢ）に設定し、全
選択時間にわたって積分コンデンサ８０５に供給する。
そして、ＮＰＮトランジスタ８２１、ベース電圧８２３
及び抵抗器８２２を有する自己発熱補正定電流源回路８
２５の電流値を（ＩｓｈＡ＋ＩｓｈＢ）に設定し、選択
時間前半のｔ／２期間のみに積分コンデンサ８０５から
引き抜く。その結果、積分コンデンサ８０５に流入する
電流値でみると、選択時間前半のｔ／２期間では、（Ｉｃ２１＋ＩｓｈＢ）−（ＩｓｈＡ＋ＩｓｈＢ）＝
（Ｉｃ２１−ＩｓｈＡ）となり、選択時間後半のｔ／２期間では、スイッチ８２
０がＯＦＦであるため、（Ｉｃ２１＋ＩｓｈＢ）となり、第１実施形態例と同じ動作が可能である。

【００８４】以上のように、本実施形態例によれば、第
１実施形態例と同様に作動する赤外線撮像装置でありな
がらも、第１実施形態例における定電流源回路１３０ｂ
に対応する構成部分を自己発熱補正定電流源回路８２５
から省いて回路構成を一層簡略化し、回路規模を縮小さ
せている。

【００８５】本実施形態例では、ＮＰＮトランジスタを
用いて、積分コンデンサ８０５から電荷を引き抜いて補
正する形式の自己発熱補正定電流源回路８２５とした
が、本発明はこれに限られず、補正電流とバイアスキャ
ンセル電流の設定値を変更すれば、ＰＮＰトランジスタ
を用いて、積分コンデンサ８０５に電流を注入して補正
する形式の自己発熱補正定電流源回路８２５とすること
もできる。

【００８６】次に、本発明の第３実施形態例について説
明する。図１８は、本実施形態例における赤外線撮像装
置の構成を示す回路図である。本実施形態例における１
０００〜１０１９は、図１の第１実施形態例における１
００〜１１９に夫々対応している。本実施形態例は、図
１における定電流源回路１３０ａ及び１３０ｂが夫々、
２段ずつの定電流源回路として構成される点で第１実施
形態例と異なる。

【００８７】すなわち、本実施形態例では、自己発熱補
正定電流源回路１０４０が、定電流源回路１０４０ａ及
び１０４０ｂから構成されている。定電流源回路１０４
０ａは、ＮＰＮトランジスタ１０２１、ＮＰＮトランジ
スタ１０２１のエミッタに接続された抵抗器１０２２、
ＮＰＮトランジスタ１０２１のコレクタに接続されたス
イッチ１０２０から成る第１段と、ＮＰＮトランジスタ
１０３１、ＮＰＮトランジスタ１０３１のエミッタに接
続された抵抗器１０３２、ＮＰＮトランジスタ１０３１
のコレクタに接続されたスイッチ１０３０から成る第２
段とから構成される。定電流源回路１０４０ｂは、ＰＮ
Ｐトランジスタ１０２６、ＰＮＰトランジスタ１０２６
のエミッタに接続された抵抗器１０２７、ＰＮＰトラン
ジスタ１０２６のコレクタに接続されたスイッチ１０２
５から成る第１段と、ＰＮＰトランジスタ１０３６、Ｐ
ＮＰトランジスタ１０３６のエミッタに接続された抵抗
器１０３７、ＰＮＰトランジスタ１０３６のコレクタに
接続されたスイッチ１０３５から成る第２段とから構成
される。

【００８８】次に、本実施形態例の動作について説明す
る。第１実施形態例では、図７に示した積分電圧を選択
時間ｔの１／２の時間で線形近似した三角波（自己発熱
補正電圧）で自己発熱補正を行っていた。これに対し本
実施形態例では、線形近似をより細分化して行って自己
発熱補正の精度を向上させている。ここでは、定電流源
回路１０４０ａ及び１０４０ｂが各２段ずつ定電流源か
ら成るため、選択時間をｔ／４期間毎に線形近似して補
正を行うことができる。

【００８９】図１９は、上記（７）式で表される積分コ
ンデンサ１００５端の電圧Ｖｃ（同図の●）と自己発熱
補正電圧（同図の▲）とを表すグラフである。同図にお
ける横軸は選択時間、縦軸は積分電圧を夫々示す。電圧
Ｖｃは、抵抗値Ｒｂにばらつきを考慮しない場合の電圧
とする。グラフでは、選択時間がｔ／４期間毎に線形近
似して補正されるため、線形近似がより細分化されて自
己発熱補正の精度が向上している。

【００９０】次に、本実施形態例における自己発熱補正
電圧の作成法について詳細に説明する。図２０は、自己
発熱補正電圧の作成法に関するタイミングチャートであ
る。同図に示すように、自己発熱補正パルス１０２４、
１０３４、１０２９及び１０３９は、ｔ／４期間毎に順
次切り替わるパルスである。自己発熱補正パルス１０２
４はスイッチ１０２０に接続され、自己発熱補正パルス
１０３４はスイッチ１０３０に接続され、自己発熱補正
パルス１０２９はスイッチ１０２５に接続され、自己発
熱補正パルス１０３９はスイッチ１０３５に接続され
る。

【００９１】自己発熱補正電圧を発生するための自己発
熱補正定電流源回路１０４０に流れる補正電流Ｉｓｈ
は、ｔ／４期間毎に各々設定され、ＮＰＮトランジスタ
１０２１、抵抗器１０２２及びベース電圧１０２３で設
定される補正電流ＩｓｈＣと、ＮＰＮトランジスタ１０
３１、抵抗器１０３２及びベース電圧１０３３で設定さ
れる補正電流ＩｓｈＤと、ＰＮＰトランジスタ１０２
６、抵抗器１０２７及びベース電圧１０２８で設定され
る補正電流ＩｓｈＥと、ＰＮＰトランジスタ１０３６、
抵抗器１０３７及びベース電圧１０３８で設定される補
正電流ＩｓｈＦとに順次に切り替わる。

【００９２】図２１は、自己発熱補正の有り／無しの積
分コンデンサ１００５端の電圧Ｖｃの様子を表すグラフ
である。同図における横軸は選択時間、縦軸は積分電圧
を夫々示し、●は自己発熱補正が無い場合、▲は自己発
熱補正が有る場合を夫々示す。グラフから分かるよう
に、本実施形態例では、自己発熱補正電圧で補正を行う
ことにより、第１実施形態例と比較して読出し回路の増
幅度が更に３．７倍程度上昇する。

【００９３】本実施形態例では、自己発熱補正定電流源
回路１０４０に、ＮＰＮトランジスタを用いた定電流源
回路１０４０ａとＰＮＰトランジスタを用いた定電流源
回路１０４０ｂとを備えたが、本発明はこれに限られ
ず、第２実施形態例と同様に補正電流とバイアスキャン
セル電流の設定値とを変更することにより、ＮＰＮトラ
ンジスタを用いた定電流源回路のみを複数段設ける構
成、或いは、ＰＮＰトランジスタを用いた定電流源回路
のみを複数段設ける構成が実現可能となる。

【００９４】しかし、抵抗値Ｒｂにばらつきを考慮する
場合、積分コンデンサ端の電圧Ｖｃには、ＦＰＮ補正定
電流源回路の最小分解能で決まる電圧がばらつきとして
最終的には残る。従って、自己発熱補正のための線形近
似を細分化し、自己発熱による電圧振幅を低減すること
は、ＦＰＮ補正定電流源回路の最小分解能と自己発熱補
正後の残差とが等しくなるように決めるのが好ましい。

【００９５】以上説明したように、本発明の第１〜第３
の実施形態例における赤外線撮像装置では、トランジス
タ、抵抗器及びスイッチを有する定電流源回路を備えた
簡易な構成から成るものでありながらも、熱電変換素子
の自己発熱で生じる抵抗値変化に伴う積分コンデンサ端
の電圧変化を、スイッチを制御することにより効果的に
補正することができる。

【００９６】自己発熱補正法の一例として、熱電変換素
子の自己発熱で生じる抵抗値変化に伴うバイアス電流の
変化を補正するため、鋸波電圧発生回路等を用いて、熱
電変換素子に作用するバイアス電圧を時間に応じて変化
させる方式があるが、この方式では、バイアス電圧から
ノイズを十分に除去することが難しく、ノイズ劣化の恐
れがある。これに対し、第１〜第３の実施形態例の赤外
線撮像装置では、自己発熱補正パルスによってスイッチ
１２５、１２６、８２０、１０２０、１０３０、１０２
５、１０３５を夫々パルス制御しつつ熱電変換素子の自
己発熱によるバイアス電流の変動を補正するので、ノイ
ズ劣化の恐れがない。

【００９７】また、第１〜第３の実施形態例の赤外線撮
像装置では、自己発熱の影響を低減して読出し回路にお
ける増幅度を上げることができるので、後段に繋がる回
路のノイズによるノイズ劣化の恐れがない。更に、ＬＳ
Ｉチップからの出力後に演算増幅器で増幅し、或いは、
アナログＦＰＮ補正回路等を設ける等の処理が不要なの
で、Ａ／Ｄ変換器を直接接続し、デジタルでの演算処理
を行うことも可能となり、装置の一層の小型化が可能に
なる。また、積分コンデンサの容量が小さくても読出し
回路の増幅度は上がるので、ＬＳＩチップ上で積分コン
デンサが占有する面積を小さくすることができ、チップ
面積を縮小させることができる。

【００９８】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の赤外線撮像装置は、上記実
施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実
施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した赤外線
撮像装置も、本発明の範囲に含まれる。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線撮
像装置によると、熱電変換素子の自己発熱によるバイア
ス電流の変動を補正し、読出し回路の増幅度を十分に上
げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例における赤外線撮像装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】第１実施形態例における所定の駆動条件での自
己発熱温度ΔＴを示すグラフである。

【図３】第１実施形態例における自己発熱による熱電変
換素子の抵抗値変化の様子を示すグラフである。

【図４】第１実施形態例における自己発熱によるＩｂ１
の変化の様子を示すグラフである。

【図５】第１実施形態例における所定の駆動条件での積
分コンデンサ端の電圧Ｖｃの変化の様子を示すグラフで
ある。

【図６】第１実施形態例における電流Ｉｂ２の設定法を
説明するための模式図である。

【図７】第１実施形態例における所定の駆動条件でのＩ
ｂ１及びＩｂ２による積分コンデンサ端の電圧Ｖｃの変
化の様子を示すグラフである。

【図８】第１実施形態例における（７）式で表される積
分コンデンサ端の電圧Ｖｃと自己発熱補正電圧を表すグ
ラフである。

【図９】第１実施形態例における自己発熱補正の有り／
無しの積分コンデンサ端の電圧Ｖｃの様子を表すグラフ
である。

【図１０】第１実施形態例における自己発熱補正電圧の
作成法に関するタイミングチャートである。

【図１１】第１実施形態例における抵抗値Ｒｂ１のばら
つきをＲ０±５％とした場合の積分コンデンサ端の電圧
Ｖｃの変化の様子を示すグラフである。

【図１２】第１実施形態例におけるＦＰＮ補正定電流源
回路に流すＦＰＮ補正電流の設定法を説明するための模
式図である。

【図１３】第１実施形態例における８ビットのＦＰＮ補
正を行った時の積分コンデンサ端の電圧Ｖｃの様子を示
すグラフである。

【図１４】第１実施形態例における８ビットのＦＰＮ補
正後の積分コンデンサ端の電圧Ｖｃと自己発熱補正電圧
とを表すグラフである。

【図１５】第１実施形態例における自己発熱補正の有り
／無しの積分コンデンサ端の電圧Ｖｃの様子を示すグラ
フである。

【図１６】本発明の第２実施形態例における赤外線撮像
装置の構成を示す回路図である。

【図１７】第２実施形態例における補正電流Ｉｓｈとバ
イアスキャンセル電流Ｉｃ２との設定法を説明するため
のタイミングチャートである。

【図１８】本発明の第３実施形態例における赤外線撮像
装置の構成を示す回路図である。

【図１９】第３実施形態例における（７）式で表される
積分コンデンサ端の電圧Ｖｃと自己発熱補正電圧とを表
すグラフである。

【図２０】第３実施形態例における自己発熱補正電圧の
作成法に関するタイミングチャートである。

【図２１】第３実施形態例における自己発熱補正の有り
／無しの積分コンデンサ端の電圧Ｖｃの様子を表すグラ
フである。

【図２２】従来の赤外線撮像装置の一例を示す回路図で
ある。

【図２３】図２２におけるＦＰＮ補正定電流源を示す回
路図である。

【図２４】図２２の読出し回路とその周辺部とを含めた
赤外線撮像装置の全体を示す回路図である。

【符号の説明】

１００、１０９、１１４、１２０、１２５：スイッチ１０１、８０１、１００１：熱電変換素子１０２、１１５、１２１：ＮＰＮトランジスタ１０３、１１６、１２２、１２７：抵抗器１０４、１２６、８０４：ＰＮＰトランジスタ１０５、８０５、１００５：積分コンデンサ１０６、８０６、１００６：リセットスイッチ１０７、１０８、８０７、８０８、１１１、１１２：ｎ
形MOSFET １１０、８１０、１０１０：ホールドコンデンサ１１３、８１３：サンプル・ホールド出力１１７、１２３、１２８、８１７、８２３：ベース電圧１１８、８１８、１０１８：ＦＰＮ補正データ１１９、８１９、１０１９：ＦＰＮ補正定電流源回路１２４、１２９、８２４：自己発熱補正パルス１３０、８２５、１０４０：自己発熱補正定電流源回路８００、８０９、８１４、８２０：スイッチ８０３、８１６、８２２：抵抗器８１１、８１２、１００７、１００８、１０１１、１０
１２：ｎ形MOSFET ８０２、８１５、８２１：ＮＰＮトランジスタ１０００、１００９、１０１４、１０２０：スイッチ１００２、１０１５、１０２１、１０３１：ＮＰＮトラ
ンジスタ１００３、１０１６、１０２２、１０２７、１０３２、
１０３７：抵抗器１００４、１０２６、１０３６：ＰＮＰトランジスタ１０１３：出力１０１７、１０２３、１０３８、１０２８、１０３３：
ベース電圧１０２４、１０２９、１０３４、１０３９：自己発熱補
正パルス１０２５、１０３０、１０３５：スイッチ１３００、１３０９、１３１７：スイッチ１３０１、１４０７：熱電変換素子１３０２、１３１６：ＮＰＮトランジスタ１３０３、１３１５：抵抗器１３０４、１３１８：ＰＮＰトランジスタ１３０５：積分コンデンサ１３０６：リセットスイッチ１３０７、１３０８、１３１１、１３１２：ｎ形MOSFET １３１０：ホールドコンデンサ１３１３、１４０３：ＦＰＮ補正定電流源回路１３１４：サンプル・ホールド出力１３１９：定電流源１３２０：ＦＰＮ補正定電流源出力１４０１：水平シフトレジスタ１４０２：マルチプレクサ１４０４：読出し回路１４０６：垂直シフトレジスタ１４０８：画素スイッチ１４０９、１４１０：ＦＰＮ補正データバッファ１４１１：ソースフォロワＡ：熱電変換素子Ｂ：バイアス供給定電流源回路Ｃ：バイアスキャンセル定電流源回路Ｄ：積分回路Ｅ、Ｇ：ソースフォロワ（ドレイン接地増幅回路）Ｆ：サンプルホールド回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バイアス電流が供給され、入射赤外線を
電気信号に夫々変換する複数の熱電変換素子を有する赤
外線撮像装置において、前記電気信号を積分する積分回路と、該積分回路に備え
た積分コンデンサに対する電荷の引抜き及び注入の少な
くとも一方を行う自己発熱補正定電流源回路とを備え、
該自己発熱補正定電流源回路が、前記熱電変換素子の自
己発熱の影響による前記積分回路での電圧変動を補正す
る補正電流を供給することを特徴とする赤外線撮像装
置。
【請求項２】前記自己発熱補正定電流源回路が、前記
補正電流を一方向に流す定電流源から構成されることを
特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】前記自己発熱補正定電流源回路が、前記
補正電流を２方向に流す一対の定電流源から構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】前記一対の定電流源が夫々、複数段の定
電流源から成ることを特徴とする請求項３に記載の赤外
線撮像装置。
【請求項５】前記一対の定電流源は、予め設定された
第１自己発熱補正パルスが供給されて作動する第１スイ
ッチ、一端が接地された第１抵抗器、及び、エミッタが
該第１抵抗器の他端に接続され且つコレクタが前記第１
スイッチに接続されたＮＰＮトランジスタから成る第１
定電流源と、予め設定された第２自己発熱補正パルスが供給されて作
動する第２スイッチ、一端が電源に接続された第２抵抗
器、及び、エミッタが該第２抵抗器に接続され且つコレ
クタが前記第２スイッチの別の端子に接続されたＰＮＰ
トランジスタから成る第２定電流源とから構成されるこ
とを特徴とする請求項３又は４に記載の赤外線撮像装
置。
【請求項６】前記第１及び第２自己発熱補正パルスは
夫々、所定時間毎に極性が反転するパルスから成ること
を特徴とする請求項５に記載の赤外線撮像装置。