JP2002286552A - Infrared sensor device, and driving method therefor - Google Patents

Infrared sensor device, and driving method therefor

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JP2002286552A
JP2002286552A JP2001091173A JP2001091173A JP2002286552A JP 2002286552 A JP2002286552 A JP 2002286552A JP 2001091173 A JP2001091173 A JP 2001091173A JP 2001091173 A JP2001091173 A JP 2001091173A JP 2002286552 A JP2002286552 A JP 2002286552A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared sensor device of a low noise, high sensitivity and a wide dynamic range. SOLUTION: It is canceled by controlling a source voltage in an MOS amplifying transistor 10 in a column amplifying circuit 9 that an elevation of a temperature, of a thermoelectric transducing picture element 1, caused by Joule heat generated by a bias current for reading out temperature information inside the picture element is contained in an output signal as a self-heating voltage component. An output of a lamp waveform voltage generation circuit synchronized with an image selection pulse is impressed as the source voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は赤外線センサ装置お
よびその駆動方法に係わるものであり、特に熱型の赤外
線センサの信号読み出し回路およびその駆動方法に係わ
る。低雑音・高感度・広ダイナミックレンジの熱型赤外
線センサおよびその駆動方法を提供するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared sensor device and a driving method thereof, and more particularly to a signal reading circuit of a thermal type infrared sensor and a driving method thereof. An object of the present invention is to provide a low-noise, high-sensitivity, wide dynamic range thermal infrared sensor and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】赤外線撮像は、昼夜にかかわらず撮像可
能であるとともに、可視光よりも煙、霧に対して透過性
が高いという特長があり、さらに被写体の温度情報をも
得ることができることから、防衛分野をはじめ監視カメ
ラや火災検知カメラとして広い応用範囲を有する。
2. Description of the Related Art Infrared imaging is characterized by being capable of imaging both day and night, being more transparent to smoke and fog than visible light, and being capable of obtaining temperature information of a subject. It has a wide range of applications as a surveillance camera and fire detection camera in the defense field.

【0003】近年、従来の主流素子である量子型赤外線
固体撮像素子の最大の欠点である、低温動作のための冷
却機構を必要としない非冷却の熱型赤外線固体撮像素子
の開発が盛んになってきている。熱型の赤外線固体撮像
素子においては、波長10μm程度の入射赤外線を吸収
構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じ
る感熱部の温度変化を何らかの熱電変換手段により電気
的信号に変換し、この電気的信号を読み出すことで赤外
線画像情報を得ている。
In recent years, development of uncooled thermal infrared solid-state imaging devices which do not require a cooling mechanism for low-temperature operation, which is the biggest drawback of the conventional quantum infrared solid-state imaging device which is the mainstream device, has become active. Is coming. In a thermal infrared solid-state imaging device, incident infrared light having a wavelength of about 10 μm is converted into heat by an absorption structure, and then a temperature change of a heat-sensitive portion caused by the weak heat is converted into an electric signal by some thermoelectric conversion means. By reading out the electric signal, infrared image information is obtained.

【0004】熱型の赤外線固体撮像素子としては、一定
の順方向電流により温度変化を電圧変化に変換するシリ
コンpn接合をSOI領域に形成した素子が報告されて
いる(Tomohiro Ishikawa, et al., Proc. SPIE Vol.3
698, p.556, 1999)。
As a thermal-type infrared solid-state imaging device, a device in which a silicon pn junction for converting a temperature change into a voltage change by a constant forward current is formed in an SOI region has been reported (Tomohiro Ishikawa, et al., Proc. SPIE Vol.3
698, p.556, 1999).

【0005】SOI基板を用いたシリコンpn接合型の
素子は、シリコンLSI製造工程のみによる製造が可能
であるという特長があり、したがって量産性に優れた素
子である。
A silicon pn junction type element using an SOI substrate has a feature that it can be manufactured only by a silicon LSI manufacturing process, and is therefore an element excellent in mass productivity.

【0006】また、シリコンpn接合型素子には、熱電
変換手段であるpn接合が、pn接合の整流特性を利用
した画素選択機能を有していることから、画素の内部構
造を単純化できるという特長もある。
Further, in the silicon pn junction type element, the internal structure of the pixel can be simplified since the pn junction as the thermoelectric conversion means has a pixel selection function utilizing the rectification characteristics of the pn junction. There are also features.

【0007】ところで、熱型の赤外線固体撮像素子にお
ける画素部の温度変化は、赤外線吸収層の吸収率や光学
系にもよるが、一般的には被写体の温度変化の5×10
−3倍程度であり、被写体温度が1[K]変化すれば画
素温度は5[mK]変化する。
The temperature change of the pixel portion in the thermal type infrared solid-state imaging device depends on the absorptance of the infrared absorption layer and the optical system.
The pixel temperature changes by 5 [mK] when the object temperature changes by 1 [K].

【0008】一つの画素素子にシリコンpn接合を8個
直列接続して構成した場合の、熱電変換効率は10[m
V/K]程度であるので、被写体温度が1[K]変化し
た場合には画素部に50[μV]の信号電圧が発生す
る。
When eight silicon pn junctions are connected in series to one pixel element, the thermoelectric conversion efficiency is 10 [m
V / K], a signal voltage of 50 [μV] is generated in the pixel portion when the subject temperature changes by 1 [K].

【0009】実際には、被写体の温度変化として0.1
[K]程度を識別することが要求されることが多いの
で、その場合に発生する5[μV]程度の信号電圧を読
み出すことが必要となる。
In practice, a change in temperature of the subject is 0.1
Since it is often required to identify about [K], it is necessary to read out a signal voltage of about 5 [μV] generated in that case.

【0010】このように、非常に微弱な信号電圧を読み
出す方法として、発生した信号電圧をMOS増幅トラン
ジスタのゲート電圧として電流増幅し、増幅された信号
電流を蓄積容量で時間積分するという回路構成が知られ
ている。
As described above, as a method of reading a very weak signal voltage, there is a circuit configuration in which a generated signal voltage is current-amplified as a gate voltage of a MOS amplifying transistor, and the amplified signal current is time-integrated with a storage capacitor. Are known.

【0011】この回路構成は、ゲート変調積分回路と呼
ばれる回路であり、この回路構成をマトリクスの各列ご
とにカラム増幅回路として配置して、1行分の電流増幅
を並列処理することで、信号帯域を制限し、ランダム雑
音を低減できるという効果がある。
This circuit configuration is a circuit called a gate modulation integration circuit. This circuit configuration is arranged as a column amplifier circuit for each column of a matrix, and a current amplification for one row is processed in parallel to obtain a signal. This has the effect of limiting the band and reducing random noise.

【0012】ゲート変調積分回路における電圧ゲイン:
Gは、増幅トランジスタの相互コンダクタンス:gm=
δId/δVg、積分時間:ti、そして蓄積容量:C
iにより決まり、G=(ti×gm)/Ciで表現され
る。積分時間:tiおよび蓄積容量:Ciが与えられた
とき、上記のゲインは増幅トランジスタの相互コンダク
タンス:gmにより支配され、n型のMOSトランジス
タが飽和領域で動作する場合のgmは、(1)式により
近似表現される。 gm=(W/L)・(εox/Tox)・μn・(Vgs−Vth)…(1) ただし、W:チャネル幅、L:チャネル長、εox:ゲ
ート酸化膜の誘電率、Tox:ゲート酸化膜厚、μn:
電子移動度、Vgs:ゲート・ソース間電圧、Vth:
トランジスタの閾値電圧。
Voltage gain in the gate modulation integration circuit:
G is the transconductance of the amplification transistor: gm =
δId / δVg, integration time: ti, and storage capacity: C
It is determined by i and is expressed by G = (ti × gm) / Ci. When the integration time: ti and the storage capacitance: Ci are given, the above-mentioned gain is governed by the mutual conductance: gm of the amplifying transistor. When the n-type MOS transistor operates in the saturation region, gm is expressed by the following equation (1). Is approximated by gm = (W / L) · (εox / Tox) · μn · (Vgs−Vth) (1) where W: channel width, L: channel length, εox: dielectric constant of gate oxide film, Tox: gate oxide Film thickness, μn:
Electron mobility, Vgs: gate-source voltage, Vth:
The threshold voltage of the transistor.

【0013】すでに述べたように、被写体の温度差とし
て0.1[K]程度を認識することが要求されるので、
そのときに画素部に発生する5[μV]程度の信号を読
み出すことが必要であるが、この信号電圧レベルは、一
般の可視光を撮像するセンサであるCMOSセンサと比
較して、非常に低い電圧である。たとえば、中村・松
長、「高感度CMOSイメージセンサ」、映像情報メデ
ィア学会誌Vol.54、No.2、p.216、20
00によれば、雑音電圧は約0.4[mV]=400
[μV]であり、これと比較すれば、上記の赤外線セン
サの雑音レベルは、CMOSセンサの約1/80という
低電圧であり、取り扱う信号電圧も同じく約1/80と
いう低電圧になる。
As described above, since it is required to recognize about 0.1 [K] as the temperature difference of the subject,
At that time, it is necessary to read out a signal of about 5 [μV] generated in the pixel portion. However, this signal voltage level is extremely low as compared with a CMOS sensor which is a sensor that generally captures visible light. Voltage. For example, Nakamura and Matsunaga, "High Sensitivity CMOS Image Sensor", Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol. 54, no. 2, p. 216, 20
According to 00, the noise voltage is about 0.4 [mV] = 400
In comparison with this, the noise level of the infrared sensor is as low as about 1/80 of that of the CMOS sensor, and the signal voltage to be handled is also as low as about 1/80.

【0014】したがって、センサ出力を一般的な撮像素
子であるCMOSセンサと同様の回路によって処理する
ことを考えれば、約80倍のゲインを有するゲート変調
積分回路によるカラム増幅回路が必要となる。
Therefore, considering that the sensor output is processed by a circuit similar to a CMOS sensor, which is a general image pickup device, a column amplification circuit having a gate modulation and integration circuit having a gain of about 80 times is required.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱型赤外線
センサは、熱電変換部の温度情報を電気信号として読み
出すために、熱電変換部に電流を流さなければならない
場合が多い。この温度情報読み出しのためのバイアス電
流あるいはバイアス電圧により、熱電変換部にジュール
熱が発生し、このジュール熱による熱電変換部の加熱が
発生してしまうという、いわゆる自己加熱問題がある。
By the way, in the thermal infrared sensor, it is often necessary to supply a current to the thermoelectric converter in order to read out temperature information of the thermoelectric converter as an electric signal. There is a so-called self-heating problem in which the bias current or the bias voltage for reading the temperature information generates Joule heat in the thermoelectric conversion unit, and the thermoelectric conversion unit is heated by the Joule heat.

【0016】たとえば、熱電変換画素を半導体基板に組
込んだ場合、半導体基板との間の熱コンダクタンスを、
一般的な値である10−7[W/K]としたpn接合型の
熱電変換部での自己加熱の影響は、pn接合数を8個、
バイアス電流200[μA]、そして信号読み出しのため
の画素選択期間を25[μs]、フレームレートを60
[fps]として計算すると、約30[K]もの温度上
昇になる。この温度上昇を、前述の赤外線入射による温
度上昇量である5[mK]と比較すると非常に大きく、
この自己加熱問題の解決が非常に重要であることがわか
る。
For example, when a thermoelectric conversion pixel is incorporated in a semiconductor substrate, the thermal conductance between the thermoelectric conversion pixel and the semiconductor substrate is
The effect of self-heating in the pn junction type thermoelectric conversion unit, which is a general value of 10 −7 [W / K], is based on the assumption that the number of pn junctions is 8,
The bias current is 200 [μA], the pixel selection period for signal readout is 25 [μs], and the frame rate is 60.
When calculated as [fps], the temperature rises by about 30 [K]. This temperature rise is very large when compared with the above-mentioned temperature rise of 5 [mK] due to the incidence of infrared rays.
It turns out that solving the self-heating problem is very important.

【0017】自己加熱による画素の温度変化(電圧:V
sig換算)の一例を図11に示した。図からも明らか
なように、行選択期間の画素選択により画素温度は急激
に上昇し、画素選択パルスがオフされた以降に、熱電変
換部の熱時定数により緩やかに冷却される。
Temperature change of the pixel due to self-heating (voltage: V
An example of (sig conversion) is shown in FIG. As is clear from the figure, the pixel temperature rapidly rises due to the pixel selection during the row selection period, and is gradually cooled by the thermal time constant of the thermoelectric converter after the pixel selection pulse is turned off.

【0018】自己加熱による温度変化は上述の計算によ
れば、30[K]であり、わずか5[mK]程度の赤外線
入射による温度信号は、図11における曲線の太さより
も低いレベルである。その結果、信号線に接続した一般
的なカラム増幅回路では、画素選択の初期には微弱な電
流が流れ、画素選択中の自己加熱により、時間の経過と
ともにその信号電流量が増加していくという動作になっ
ており、また、その電流成分のほとんどが自己加熱に起
因する温度情報電流、すなわち雑音電流である。
According to the above calculation, the temperature change due to self-heating is 30 [K], and the temperature signal due to the incidence of infrared rays of only about 5 [mK] is at a level lower than the thickness of the curve in FIG. As a result, in a general column amplifier circuit connected to a signal line, a weak current flows in the initial stage of pixel selection, and the amount of signal current increases with time due to self-heating during pixel selection. In operation, most of the current components are temperature information currents caused by self-heating, that is, noise currents.

【0019】カラム増幅回路の出力側の蓄積容量におい
て積分、蓄積された電荷の概要を、蓄積容量のポテンシ
ャルウェル図として模式的に図12に示した。図からも
明らかなように、蓄積された電荷の大部分は自己加熱に
よる電荷QSHであり、信号電荷Qsigはわずかであ
る。
FIG. 12 schematically shows the outline of the electric charge integrated and accumulated in the storage capacitor on the output side of the column amplifier circuit as a potential well diagram of the storage capacitor. As is apparent from the figure, most of the accumulated charge is a charge Q SH by self-heating, the signal charge Qsig is slight.

【0020】図には、自己加熱による温度変化の結果、
画素選択期間の後半の電流が大きく、その結果、画素選
択期間の後半から終盤の情報が重み付けされてしまって
いる様子も、示している。この結果、実効的なサンプリ
ング時間の短縮が起きてしまい、信号帯域が拡大するこ
とにより、ランダム雑音の増加の原因にもなってしま
う。
FIG. 3 shows the result of temperature change due to self-heating,
It also shows a state in which the current in the latter half of the pixel selection period is large, and as a result, the information of the last stage is weighted from the latter half of the pixel selection period. As a result, the effective sampling time is shortened, and the signal band is expanded, thereby causing an increase in random noise.

【0021】電気抵抗値の温度変化を動作原理としたボ
ロメータを用いた場合には、ブリッジ回路を構成するこ
とで、上記の自己加熱問題を回避する方法をX. Gu, et
al.が報告している(X. Gu, et al. , Sensors and Act
uators A, Vol.69, p.92, 1998)。
In the case of using a bolometer based on the operating principle of the temperature change of the electric resistance value, a method of avoiding the above-described self-heating problem by forming a bridge circuit has been proposed by X. Gu, et al.
al. (X. Gu, et al., Sensors and Act
uators A, Vol. 69, p. 92, 1998).

【0022】彼らは、熱容量が同一で、熱抵抗が低いリ
ファレンス無感度画素をカラムごとに配置し、ブリッジ
回路を構成し、差分増幅している。
They arrange reference insensitive pixels having the same heat capacity and low thermal resistance for each column, constitute a bridge circuit, and amplify the difference.

【0023】これは、熱時定数に対して、非常に短い時
間である画素選択期間における自己加熱による温度上昇
が、主に熱容量に支配されることを利用した方法であ
る。
This method utilizes the fact that the temperature rise due to self-heating during the pixel selection period, which is a very short time, is mainly governed by the heat capacity with respect to the thermal time constant.

【0024】しかしながら、この方法では、自己加熱の
影響を低減する効果はあっても、自己加熱問題への近似
的な解決手段であり、完全に自己加熱問題が解決された
とは言えない。
However, although this method has the effect of reducing the effect of self-heating, it is an approximate solution to the self-heating problem, and it cannot be said that the self-heating problem has been completely solved.

【0025】厳密な自己加熱問題の解決のためには、リ
ファレンス無感度画素を、各有感度画素に対して、一対
一に配置することが必要となるので、画素が二次元的に
レイアウトされるイメージセンサにおける現実解は、存
在していない。
In order to solve the strict self-heating problem, it is necessary to arrange the reference insensitive pixels one-to-one with respect to each sensitive pixel. Therefore, the pixels are laid out two-dimensionally. There is no real solution in the image sensor.

【0026】なぜなら、ブリッジ回路を構成するリファ
レンス無感度画素を各画素に配置することは、画素サイ
ズが同一であれば、感度が1/2以下に低下するという
デメリットが発生することを意味しており、自己加熱問
題解決による効果との利害得失から、ブリッジ回路によ
る自己加熱キャンセルは、有効とはいえない。
This is because arranging the reference insensitive pixels constituting the bridge circuit in each pixel means that if the pixel size is the same, there is a disadvantage that the sensitivity is reduced to half or less. Therefore, the self-heating cancellation by the bridge circuit cannot be said to be effective because of the advantages and disadvantages of solving the self-heating problem.

【0027】また、本発明の技術分野にかかわるカラム
増幅回路を用いた熱電変換画素例えばpn接合型の赤外
線センサにおいて、この自己加熱問題は解決していな
い。本発明はこのような問題点を解決することを目的と
する。
The self-heating problem has not been solved in a thermoelectric conversion pixel using a column amplifier circuit according to the technical field of the present invention, for example, a pn junction type infrared sensor. An object of the present invention is to solve such a problem.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本発明の第1は、複数の
行および列のマトリクス状に配列され、入射赤外線光を
吸収することで発生した熱を熱電変換し抵抗値の変化と
して取出す複数個の熱電変換画素と、前記熱電変換画素
の各行または各列のいずれか一方にそれぞれ接続される
複数の選択線と、前記熱電変換画素の各行または各列の
他方にそれぞれ接続される複数の信号線と、前記各選択
線に接続され前記熱電変換画素に選択線ごとに選択的に
読み出し電圧を付与して前記信号線に電圧出力信号を発
生させる画素選択手段と、第1の入力手段と第2の入力
手段を有し、前記各信号線に前記第1の入力手段が接続
されて前記熱電変換画素からの電圧出力信号を増幅する
出力信号増幅手段と、前記出力信号増幅手段の第2の入
力手段に接続され、前記熱電変換画素に前記読み出し電
流によって発生する自己加熱に伴う抵抗変化成分による
前記電圧信号に含まれる電圧成分を打消しまたは低減す
る波形の電圧を、前記読み出し電圧に同期して印加する
補償電圧付与手段とを具備してなる赤外線センサ装置に
ある。
According to a first aspect of the present invention, a plurality of rows and columns are arranged in a matrix, and the heat generated by absorbing incident infrared light is subjected to thermoelectric conversion to be extracted as a change in resistance value. Thermoelectric conversion pixels, a plurality of selection lines respectively connected to one of the rows or columns of the thermoelectric conversion pixels, and a plurality of signals respectively connected to the other of the rows or columns of the thermoelectric conversion pixels A pixel selection unit connected to each of the selection lines and selectively applying a readout voltage to the thermoelectric conversion pixel for each selection line to generate a voltage output signal on the signal line; a first input unit; Output signal amplifying means having two input means, wherein the first input means is connected to each of the signal lines to amplify a voltage output signal from the thermoelectric conversion pixel, and a second one of the output signal amplifying means. Connected to the input means, A compensation voltage is applied to the thermoelectric conversion pixel by applying a voltage having a waveform that cancels or reduces a voltage component included in the voltage signal due to a resistance change component caused by self-heating generated by the readout current in synchronization with the readout voltage. And an infrared sensor device comprising:

【0029】本発明の第2は、半導体基板上に二次元配
列され、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外
線吸収部とこの吸収部で発生した熱による温度変化を電
気信号に変換するための熱電変換手段とを有する熱電変
換画素と、前記熱電変換画素に接続され、この熱電変換
画素からの信号を読み出すための、前記熱電変換画素を
選択する画素選択手段と、この画素選択手段により選択
された前記熱電変換画素からの信号を読み出す画素信号
読み出し手段と、画素信号読み出し手段により読み出さ
れた前記信号を出力するための出力手段と、を有する赤
外線センサ装置であって、前記画素読み出し手段は、前
記熱電変換画素からの信号を増幅する増幅回路を含み、
この増幅回路はMOSトランジスタを有し、少なくとも
前記熱電変換画素からの信号が電圧信号として、前記M
OSトランジスタのゲートに入力され、前記MOSトラ
ンジスタのソースに、前記画素選択手段の画素選択タイ
ミングと同期したランプ波形電圧またはステップ波形電
圧を前記電圧信号の増加を抑えるように印加する手段と
を具備することを特徴とする赤外線センサ装置にある。
A second aspect of the present invention is that an infrared absorbing portion is arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate and absorbs incident infrared light and converts it into heat, and converts a temperature change caused by heat generated by the absorbing portion into an electric signal. A thermoelectric conversion pixel having a thermoelectric conversion unit for performing the operation, a pixel selection unit connected to the thermoelectric conversion pixel and reading the signal from the thermoelectric conversion pixel, and selecting the thermoelectric conversion pixel; and a pixel selection unit. An infrared sensor device comprising: a pixel signal readout unit that reads out a signal from the thermoelectric conversion pixel selected by: and an output unit that outputs the signal that is read out by the pixel signal readout unit. The reading means includes an amplifier circuit for amplifying a signal from the thermoelectric conversion pixel,
This amplifier circuit has a MOS transistor, and at least a signal from the thermoelectric conversion pixel is a voltage signal,
Means for applying a ramp waveform voltage or a step waveform voltage synchronized with the pixel selection timing of the pixel selection means to the source of the MOS transistor, the voltage being input to the gate of the OS transistor and suppressing the increase in the voltage signal. An infrared sensor device characterized in that:

【0030】本発明によれば、熱型赤外線センサにおけ
る、画素選択にともない発生するジュール熱による熱電
変換部の自己加熱問題を解決するために、熱電変換部か
らの電圧信号がゲートに入力される増幅回路の増幅用M
OSトランジスタのソースに、画素選択パルスと同期し
たランプ波形電圧またはステップ波形電圧を印加してい
る。この結果、増幅トランジスタのゲート・ソース電
圧:Vgsから自己加熱成分電圧を除去可能となり、高
感度・低雑音・広ダイナミックレンジの赤外線センサを
得ることができる。
According to the present invention, in order to solve the problem of self-heating of the thermoelectric converter due to Joule heat generated due to pixel selection in the thermal infrared sensor, a voltage signal from the thermoelectric converter is input to the gate. M for amplification of amplifier circuit
A ramp waveform voltage or a step waveform voltage synchronized with the pixel selection pulse is applied to the source of the OS transistor. As a result, the self-heating component voltage can be removed from the gate-source voltage: Vgs of the amplification transistor, and an infrared sensor with high sensitivity, low noise, and a wide dynamic range can be obtained.

【0031】さらに、本発明によれば、1行または複数
行の画素選択ごとに複数個の電圧発生器を交互に動作さ
せて上記MOSトランジスタのソースに適当に長い時定
数をもったパルス波形電圧を印加することで、ランプ波
形電圧を印加するのと同様に増幅トランジスタのゲート
・ソース電圧:Vgsから、自己加熱成分電圧を除去可
能となり、高感度・低雑音・広ダイナミックレンジの赤
外線センサ装置を得ることができる。
Further, according to the present invention, a plurality of voltage generators are alternately operated each time one row or a plurality of rows of pixels are selected, so that a pulse waveform voltage having an appropriately long time constant is applied to the source of the MOS transistor. , The self-heating component voltage can be removed from the gate-source voltage: Vgs of the amplifying transistor in the same manner as applying the ramp waveform voltage, and a high-sensitivity, low-noise, wide dynamic range infrared sensor device can be provided. Obtainable.

【0032】また、本発明によれば、熱分離無感度画素
を各行に一つ以上配置した無感度画素列を有しており、
この無感度画素列からの出力電圧を基準とした電圧を上
記の増幅トランジスタのソースに印加することでランプ
波形電圧を印加するのと同様に増幅トランジスタのゲー
ト・ソース電圧:Vgsから、自己加熱成分電圧を除去
可能となり、高感度・低雑音・広ダイナミックレンジの
赤外線センサ装置を得ることができる。
Further, according to the present invention, there is provided an insensitive pixel column in which one or more heat separation insensitive pixels are arranged in each row,
By applying a voltage based on the output voltage from the insensitive pixel column to the source of the amplifying transistor, a self-heating component is obtained from the gate-source voltage: Vgs of the amplifying transistor in the same manner as applying a ramp waveform voltage. The voltage can be removed, and an infrared sensor device with high sensitivity, low noise, and wide dynamic range can be obtained.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図を用
いて説明する。図1は本発明の第1実施形態の赤外線セ
ンサ装置の全体構成図であり、m行n列のm×n画素の
2次元マトリクス構成を示している(m、nは2以上の
自然数)。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an infrared sensor device according to a first embodiment of the present invention, and shows a two-dimensional matrix configuration of m × n pixels in m rows and n columns (m and n are natural numbers of 2 or more).

【0034】入射赤外線光を電気信号に変換する赤外線
検出用熱電変換画素1が半導体基板2上に2次元的に配
置され撮像領域3を構成している。撮像領域3内部に
は、行選択線4(4−1,4−2…)と垂直方向の列信
号線5(5−1,5−2…)が配されている。画素選択
のために、行選択回路40と列選択回路70が撮像領域
3の行方向と列方向に各々隣接配置され、行選択線4と
列選択線7と各々接続されている。
An infrared detecting thermoelectric conversion pixel 1 for converting incident infrared light into an electric signal is two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate 2 to form an imaging area 3. Inside the imaging area 3, a row selection line 4 (4-1, 4-2...) And a vertical column signal line 5 (5-1, 5-2...) Are arranged. For pixel selection, a row selection circuit 40 and a column selection circuit 70 are arranged adjacent to each other in the row direction and the column direction of the imaging region 3, and are connected to the row selection line 4 and the column selection line 7, respectively.

【0035】画素出力電圧を得るための定電流源80と
して、各列の列信号線5には、負荷MOSトランジスタ
8−1,8−2…が接続されている。
Load MOS transistors 8-1, 8-2,... Are connected to the column signal lines 5 of each column as a constant current source 80 for obtaining a pixel output voltage.

【0036】図1では、負荷MOSトランジスタのソー
スには基板電圧:Vsが印加されているが、必要に応じ
て、そのソース電圧を調整することも可能であり、より
好ましい。
In FIG. 1, the substrate voltage: Vs is applied to the source of the load MOS transistor. However, it is possible to adjust the source voltage if necessary, which is more preferable.

【0037】行選択回路40により選択された行では行
選択線4例えば4−1には電源電圧:Vdが印加され、
行選択回路40により選択されない行選択線にはVsが
印加される。その結果、選択された行4−1の熱電変換
画素1内部のpn接合領域115、…が順バイアスとな
りバイアス電流が流れ、画素内部のpn接合の温度と順
バイアス電流とにより動作点が決まり、各列の列信号線
5−1,5−2に画素信号出力電圧が発生する。このと
き、選択回路40によって選択されない画素のpn接合
領域115a、…は逆バイアスとなる。すなわち、画素
内部のpn接合は画素選択の機能を持っている。
In the row selected by the row selection circuit 40, the power supply voltage: Vd is applied to the row selection line 4, for example, 4-1.
Vs is applied to a row selection line not selected by the row selection circuit 40. As a result, the pn junction regions 115 inside the thermoelectric conversion pixel 1 in the selected row 4-1 become forward biased and a bias current flows, and the operating point is determined by the temperature of the pn junction inside the pixel and the forward bias current, Pixel signal output voltages are generated on the column signal lines 5-1 and 5-2 of each column. At this time, the pn junction regions 115a,... Of the pixels not selected by the selection circuit 40 are reverse biased. That is, the pn junction inside the pixel has a function of selecting a pixel.

【0038】列信号線5に発生する電圧は、きわめて低
電圧であり、被写体の温度変化:dTsと画素温度変
化:dTdとの比として5×10−3を仮定し、この値
と画素のpn接合が8個のpn接合を直列接続した場合
の熱電変換感度:dV/dTd=10[mV/K]とに
より、dTs=0.1[K]のときには、わずかに5
[μV]であることがわかる。
The voltage generated on the column signal line 5 is a very low voltage, and it is assumed that the ratio between the subject temperature change dTs and the pixel temperature change dTd is 5 × 10 −3. According to the thermoelectric conversion sensitivity when eight pn junctions are connected in series: dV / dTd = 10 [mV / K], when dTs = 0.1 [K], only 5
[ΜV].

【0039】したがって、この被写体温度差を認識する
ためには、列信号線に発生する雑音を5[μV]以下に
することが必要になる。この雑音の値は、MOS型の可
視光イメージセンサであるCMOSセンサの雑音の約1
/80と非常に低い。各信号線5−1,5−2と列選択
トランジスタ群60間にはカラム増幅回路9が接続され
ており、増幅回路の増幅用MOSトランジスタ10のゲ
ート10gに各信号線が接続される。このMOSトラン
ジスタ10のドレイン10d側には、電流増幅した信号
電流を積分し蓄積するための蓄積容量12が接続されて
いる。信号電流を積分する蓄積時間は、行選択回路40
により行選択線4に印加される行選択パルスにより決定
される。
Therefore, in order to recognize the object temperature difference, it is necessary to reduce the noise generated on the column signal line to 5 [μV] or less. The value of this noise is about 1 of the noise of the CMOS sensor which is a MOS type visible light image sensor.
/ 80, very low. The column amplifier circuit 9 is connected between each of the signal lines 5-1 and 5-2 and the column selection transistor group 60, and each signal line is connected to the gate 10g of the amplifying MOS transistor 10 of the amplifier circuit. On the drain 10d side of the MOS transistor 10, a storage capacitor 12 for integrating and storing the amplified signal current is connected. The accumulation time for integrating the signal current depends on the row selection circuit 40.
And is determined by the row selection pulse applied to the row selection line 4.

【0040】蓄積容量12には、蓄積容量の電圧をリセ
ットするためのリセットトランジスタ14が接続され、
列選択トランジスタ6による信号電圧の読み出しが完了
した後にリセット動作を行う。端子24は出力端子であ
る。
The storage capacitor 12 is connected to a reset transistor 14 for resetting the voltage of the storage capacitor.
After the reading of the signal voltage by the column selection transistor 6 is completed, the reset operation is performed. Terminal 24 is an output terminal.

【0041】図2は、本実施形態の赤外線検出用熱電変
換画素1の構造を説明するもので、(a)は平面図、
(b)は断面図である。熱電変換のためのpn接合領域
115を含む熱電変換画素1は単結晶シリコン半導体基
板106内部に形成された中空構造107の上に、赤外
線吸収部118、120と、熱電変換のために形成され
たSOI層108内部のpn接合領域115、これらを
接続する配線117、このSOI層108を支持してい
る埋め込みシリコン酸化膜層114の熱電変換部110
とから成る。図では説明上、pn接合領域を2個配置し
たダイオード構造を示す。さらに画素1を中空構造であ
る中空底部107、中空側部119を介して支持すると
ともに画素1からの電気信号を出力するための支持部1
11と、この画素1と列信号線5および行選択線4とを
接続する接続部(図示しない)からなっている。画素1
および支持部111が中空構造107上に設けられるこ
とにより、画素の熱放散が緩慢となり入射赤外線による
素子1の温度の変調を効率良く行う構造になっている。
FIGS. 2A and 2B illustrate the structure of the thermoelectric conversion pixel 1 for infrared detection according to the present embodiment. FIG.
(B) is a sectional view. The thermoelectric conversion pixel 1 including the pn junction region 115 for thermoelectric conversion is formed on the hollow structure 107 formed inside the single crystal silicon semiconductor substrate 106 and the infrared absorption units 118 and 120 and for thermoelectric conversion. A pn junction region 115 inside the SOI layer 108, a wiring 117 connecting the pn junction region 115, and a thermoelectric converter 110 of a buried silicon oxide film layer 114 supporting the SOI layer 108
Consisting of The figure shows a diode structure in which two pn junction regions are arranged for explanation. Further, the supporting portion 1 for supporting the pixel 1 through the hollow bottom portion 107 and the hollow side portion 119 having a hollow structure and outputting an electric signal from the pixel 1.
And a connection portion (not shown) for connecting the pixel 1 to the column signal line 5 and the row selection line 4. Pixel 1
In addition, since the support portion 111 is provided on the hollow structure 107, the heat dissipation of the pixel becomes slow, and the temperature of the element 1 is efficiently modulated by incident infrared rays.

【0042】このような構造を実現するための製造方法
については、本発明者等の発明に係わる先特許出願たと
えば、特願2000−298277,特願2000−0
95678等に詳細に説明されている。
The manufacturing method for realizing such a structure is described in the prior patent application relating to the invention of the present inventors, for example, Japanese Patent Application Nos. 2000-298277 and 2000-0.
95678 and the like.

【0043】本発明の第1実施形態は、図1に示すよう
に電圧発生器300を半導体基板上に搭載したものであ
り、電圧発生器300は、行選択回路40に端子21で
接続され行選択パルスが入力されることにより、行選択
パルスと同期した図3に示すようなランプ波形電圧を行
選択期間に発生し、カラム増幅回路9内の増幅トランジ
スタ10のソース10sのソース電圧を入力として供給
するものである。すでに説明した、画素の自己加熱によ
る温度上昇は図11に示しているが、この温度上昇の熱
時定数は、熱電変換画素1の熱分離により決まり、概ね
[ms]オーダーである。
According to the first embodiment of the present invention, a voltage generator 300 is mounted on a semiconductor substrate as shown in FIG. When the selection pulse is input, a ramp waveform voltage as shown in FIG. 3 synchronized with the row selection pulse is generated in the row selection period, and the source voltage of the source 10 s of the amplification transistor 10 in the column amplification circuit 9 is input. Supply. Although the temperature rise due to the self-heating of the pixel, which has already been described, is shown in FIG. 11, the thermal time constant of this temperature rise is determined by the thermal separation of the thermoelectric conversion pixel 1, and is generally
[ms] order.

【0044】一方、図11に示すように行選択期間は
[μs]オーダーであるので、前記の熱時定数に比して
非常に短く、事実上、この行選択期間においては直線近
似が十分可能である。したがって、増幅トランジスタ1
0のゲート10gに印加される、列信号線5に発生する
自己加熱成分の電圧は、上記のランプ波形電圧を増幅ト
ランジスタ10のソース10sに印加することで打消し
相殺され、赤外線入射による温度変化成分の信号のみを
増幅することが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 11, since the row selection period is on the order of [μs], it is very short compared to the above thermal time constant, and in this row selection period, linear approximation is sufficiently possible. It is. Therefore, the amplification transistor 1
The voltage of the self-heating component generated in the column signal line 5 applied to the gate 10g of 0 is canceled out by applying the ramp waveform voltage to the source 10s of the amplification transistor 10, and the temperature change due to the incidence of infrared rays Only the signal of the component can be amplified.

【0045】その結果、増幅トランジスタ10の動作点
を最適化し、自己加熱成分のない信号成分のみの電流増
幅が可能となり、ゲインを向上することが可能で、ま
た、帯域拡大に起因するランダム雑音が増加してしまう
ことも無い。したがって、高感度・低雑音・広ダイナミ
ックレンジの赤外線センサを得ることができる。
As a result, the operating point of the amplifying transistor 10 is optimized, the current can be amplified only for the signal component without the self-heating component, the gain can be improved, and the random noise due to the band expansion can be reduced. There is no increase. Therefore, an infrared sensor with high sensitivity, low noise, and wide dynamic range can be obtained.

【0046】本発明の第2実施形態は、図1において、
ステップ波形電圧を発生する電圧発生器300を半導体
基板上に搭載したものであり、電圧発生器300は、行
選択回路40からの行選択パルスを入力することによ
り、行選択パルスと同期したステップ波形電圧を図4に
示すように発生し、第2の入力としてカラム増幅回路9
内の増幅トランジスタ10のソース電圧として供給する
ものである。
In the second embodiment of the present invention, FIG.
A voltage generator 300 for generating a step waveform voltage is mounted on a semiconductor substrate, and the voltage generator 300 receives a row selection pulse from a row selection circuit 40 to generate a step waveform synchronized with the row selection pulse. A voltage is generated as shown in FIG.
It is supplied as a source voltage of the amplifying transistor 10 inside.

【0047】ステップ波形電圧を発生するためには、た
とえばD/A変換回路を用いることが可能であり、その
ビット数を適当に設定することで、事実上ランプ波形電
圧を印加した場合と同等の効果を得ることができる。し
かも波形ラインを微細に調整することができる利点があ
る。
In order to generate the step waveform voltage, for example, a D / A conversion circuit can be used. By appropriately setting the number of bits, the same effect as when a ramp waveform voltage is applied can be obtained. The effect can be obtained. Moreover, there is an advantage that the waveform line can be finely adjusted.

【0048】したがって、第1実施形態と同様に、増幅
トランジスタ10のゲートに第1の入力として印加され
る、列信号線5に発生する自己加熱成分の電圧は、その
増加を抑える方向に差動的に上記のステップ波形電圧を
増幅トランジスタ10のソースに印加することで相殺さ
れ、赤外線入射による温度変化成分の信号のみを増幅す
ることが可能となる。
Therefore, similarly to the first embodiment, the voltage of the self-heating component generated on the column signal line 5 and applied to the gate of the amplification transistor 10 as the first input is differentially controlled in a direction to suppress the increase. The above-described step waveform voltage is applied to the source of the amplifying transistor 10 and is canceled out, and only the signal of the temperature change component due to the incidence of infrared rays can be amplified.

【0049】その結果、増幅トランジスタ10の動作点
を最適化し、自己加熱成分のない信号成分のみの電流増
幅が可能となり、ゲインを向上することが可能となり、
また、前述の帯域拡大に起因するランダム雑音が増加し
てしまうことも無い。したがって、高感度・低雑音・広
ダイナミックレンジの赤外線センサを得ることができ
る。
As a result, the operating point of the amplifying transistor 10 is optimized, the current can be amplified only for the signal component having no self-heating component, and the gain can be improved.
In addition, random noise caused by the above-mentioned band expansion does not increase. Therefore, an infrared sensor with high sensitivity, low noise, and wide dynamic range can be obtained.

【0050】さらに、上記第1および第2実施形態の変
形例として、電圧発生器300を半導体基板外部に搭載
することができる。電圧発生器300は、行選択回路4
0からの行選択パルスを行選択パルス出力部21からの
入力により、行選択パルスと同期したランプ波形または
ステップ波形電圧を図3、図4に示すように発生し、配
線23を介して、半導体基板上の増幅トランジスタソー
ス電圧入力部22に、カラム増幅回路9内の増幅トラン
ジスタ10のソース電圧として供給する。
Further, as a modification of the first and second embodiments, the voltage generator 300 can be mounted outside the semiconductor substrate. The voltage generator 300 includes the row selection circuit 4
When a row selection pulse from 0 is input from the row selection pulse output unit 21, a ramp waveform or a step waveform voltage synchronized with the row selection pulse is generated as shown in FIGS. The voltage is supplied as a source voltage of the amplification transistor 10 in the column amplification circuit 9 to the amplification transistor source voltage input section 22 on the substrate.

【0051】したがって、第1および2実施形態と同様
に、増幅トランジスタ10のゲートに印加される、列信
号線5に発生する自己加熱成分の電圧は、上記のステッ
プ波形電圧を増幅トランジスタ10のソース10sに印
加することで相殺され、赤外線入射による温度変化成分
の信号のみを増幅することが可能となる。
Therefore, similarly to the first and second embodiments, the voltage of the self-heating component generated on the column signal line 5 applied to the gate of the amplification transistor 10 is obtained by changing the above-mentioned step waveform voltage to the source of the amplification transistor 10. By applying the voltage to 10 s, the signals are canceled out, and only the signal of the temperature change component due to the incidence of infrared rays can be amplified.

【0052】その結果、増幅トランジスタ10の動作点
を最適化し、自己加熱成分のない信号成分のみの電流増
幅が可能となり、ゲインを向上することが可能となり、
また、前述の帯域拡大に起因するランダム雑音が増加し
てしまうことも無い。
As a result, the operating point of the amplifying transistor 10 is optimized, the current can be amplified only for the signal component having no self-heating component, and the gain can be improved.
In addition, random noise caused by the above-mentioned band expansion does not increase.

【0053】次に本発明の第3実施形態を図5および図
6に示す。図1と同符号の部分は同一部分を示す。本実
施形態は電圧発生器301に矩形波電圧を発生する発生
器とし、増幅トランジスタのソース電圧入力端22間に
積分回路302を配置した以外は図1に示す構成と同様
である。この電圧発生器301を半導体基板内部に搭載
し行選択回路40からの行選択パルスを行選択パルス出
力部21からの入力により、行選択パルスと同期した矩
形波電圧V1(図6(a))を発生する。
Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 have the same reference numerals. This embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 except that the voltage generator 301 is a generator for generating a rectangular wave voltage, and an integrating circuit 302 is arranged between the source voltage input terminals 22 of the amplifying transistors. The voltage generator 301 is mounted inside the semiconductor substrate, and the row selection pulse from the row selection circuit 40 is input from the row selection pulse output unit 21 to synchronize the rectangular wave voltage V1 with the row selection pulse (FIG. 6A). Occurs.

【0054】本実施形態においては、電圧発生器301
と半導体基板上の増幅トランジスタソース電圧入力部2
2との間の配線23に、電気容量303を含む積分回路
302を設ける。図6(a)に示すように行選択パルス
と同期した矩形波電圧パルスV1が積分回路302に入
力されると、積分回路302から図6(b)に示した積
分波形電圧V2となり、センサチップ上の増幅トランジ
スタソース電圧入力部22に、カラム増幅回路9内の増
幅トランジスタ10のソース電圧として供給される。こ
の積分ランプ波形は増幅トランジスタの入力信号に含ま
れる自己加熱成分の電圧に近似させることが可能であ
り、したがって、第1、2実施形態と同様に、増幅トラ
ンジスタ10のゲート10gに印加される、列信号線5
に発生する自己加熱成分の電圧は、上記の積分波形電圧
を増幅トランジスタ10のソースに印加することで相殺
され、赤外線入射による温度変化成分の信号のみを増幅
することが可能となる。
In this embodiment, the voltage generator 301
And amplifying transistor source voltage input section 2 on the semiconductor substrate
An integration circuit 302 including a capacitance 303 is provided on the wiring 23 between the first and second wirings. When a rectangular wave voltage pulse V1 synchronized with the row selection pulse is input to the integration circuit 302 as shown in FIG. 6A, the integration circuit 302 changes the integration waveform voltage V2 shown in FIG. The source voltage of the amplification transistor 10 in the column amplification circuit 9 is supplied to the upper amplification transistor source voltage input unit 22. This integral ramp waveform can be approximated to the voltage of the self-heating component included in the input signal of the amplification transistor, and therefore is applied to the gate 10g of the amplification transistor 10 as in the first and second embodiments. Column signal line 5
The voltage of the self-heating component generated in the above is canceled by applying the above-mentioned integrated waveform voltage to the source of the amplification transistor 10, so that only the signal of the temperature change component due to the incidence of infrared rays can be amplified.

【0055】その結果、増幅トランジスタ10の動作点
を最適化し、自己加熱成分のない信号成分のみの電流増
幅が可能となり、ゲインを向上することが可能となり、
また、前述の帯域拡大に起因するランダム雑音が増加し
てしまうことも無い。
As a result, the operating point of the amplifying transistor 10 is optimized, the current can be amplified only for the signal component having no self-heating component, and the gain can be improved.
In addition, random noise caused by the above-mentioned band expansion does not increase.

【0056】上記第3実施形態の変形例として、電圧発
生器301および積分回路302をセンサチップ外部に
搭載することもできる。
As a modification of the third embodiment, the voltage generator 301 and the integrating circuit 302 can be mounted outside the sensor chip.

【0057】図7および図8に第4の実施形態を示す。
なお図1と同符号の部分は同一部分を示す。この実施形
態は、画素を1行おきにまとめて2群とし、例えば奇数
行と偶数行の2群に分け、第1群の電圧発生器304と
第2群の電圧発生器305を交互に作動させるものであ
る。本実施形態はランダム雑音を低減する目的で1H期
間のサンプリングホールド(S/H)回路を付加して、
図8のように1H期間中の大部分を行選択期間すなわち
画素選択期間として駆動する。
FIGS. 7 and 8 show a fourth embodiment.
The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. In this embodiment, pixels are grouped every other row into two groups, for example, divided into two groups of odd rows and even rows, and a first group of voltage generators 304 and a second group of voltage generators 305 are alternately operated. It is to let. This embodiment adds a sampling and holding (S / H) circuit for 1H period for the purpose of reducing random noise,
Most of the 1H period is driven as a row selection period, that is, a pixel selection period as shown in FIG.

【0058】あるいは、カラム増幅動作により蓄積した
信号電荷を、付加したサンプルホールド回路に移動し、
一行遅れたタイミングで、出力する回路構成、および駆
動方法も可能であり、この場合は、すべての行が同一の
回路により処理されることで、いわゆる一行おきの横縞
のような固定パターン雑音の発生を抑制できるので、よ
り好ましい。
Alternatively, the signal charges accumulated by the column amplification operation are moved to the added sample and hold circuit,
A circuit configuration and a driving method that output at a timing delayed by one row are also possible. In this case, all rows are processed by the same circuit, so that generation of fixed pattern noise such as so-called horizontal stripes every other row is performed. Can be suppressed, and therefore it is more preferable.

【0059】このような駆動の場合、付加容量により設
定した時定数によっては、連続した2行の画素選択パル
スの非選択期間t1が短いために、図8(b)に示すよ
うに、半導体基板上の増幅トランジスタソース電圧入力
部の電圧Vs'がVs"のようには十分に低下せず、正常
に動作しなくなってしまう。
In the case of such a drive, the non-selection period t1 of the pixel selection pulses of two consecutive rows is short depending on the time constant set by the additional capacitance, and therefore, as shown in FIG. The voltage Vs' at the source voltage input section of the amplifying transistor does not drop sufficiently like Vs ", and the circuit does not operate normally.

【0060】そのため、その場合には、2群に対応する
複数個の電圧発生器304,305を設けるととも、複
数個の増幅トランジスタソース電圧入力部22を設け、
一行おきにスイッチングする構成を付加する。これによ
り、2個の電圧発生器304,305を設けた場合に
は、一行おきに図8(b)、(c)に示される波形の電
圧Vsが交互に出力されるとともに、センサチップ内部
でも一行おきに図8(b)、(c)に示した電圧Vs、
Vsがカラム増幅回路90内の増幅トランジスタのソー
ス電圧として供給されることになる。
Therefore, in this case, a plurality of voltage generators 304 and 305 corresponding to the two groups are provided, and a plurality of amplifying transistor source voltage input sections 22 are provided.
A configuration for switching every other line is added. Thus, when the two voltage generators 304 and 305 are provided, the voltage Vs having the waveforms shown in FIGS. 8B and 8C is output alternately every other row, and also inside the sensor chip. The voltage Vs shown in FIGS. 8B and 8C every other row,
Vs is supplied as the source voltage of the amplification transistor in the column amplification circuit 90.

【0061】したがって、第1乃至3実施形態と同様
に、増幅トランジスタ10のゲート10gに印加され
る、列信号線5に発生する自己加熱成分の電圧は、上記
のステップ波形電圧を増幅トランジスタ10のソース1
0sに印加することで相殺され、赤外線入射による温度
変化成分の信号のみを増幅することが可能となる。
Accordingly, similarly to the first to third embodiments, the voltage of the self-heating component generated on the column signal line 5 applied to the gate 10 g of the amplification transistor 10 is obtained by subtracting the above-mentioned step waveform voltage from the amplification transistor 10. Source 1
By applying 0 s, the signal is canceled and only the signal of the temperature change component due to the incidence of infrared rays can be amplified.

【0062】その結果、増幅トランジスタ10の動作点
を最適化し、自己加熱成分のない信号成分のみの電流増
幅が可能となり、ゲインを向上することが可能となり、
また、前述の帯域拡大に起因するランダム雑音が増加し
てしまうことも無い。したがって、高感度・低雑音・広
ダイナミックレンジの赤外線センサを得ることができ
る。
As a result, the operating point of the amplifying transistor 10 is optimized, the current can be amplified only for the signal component without the self-heating component, and the gain can be improved.
In addition, random noise caused by the above-mentioned band expansion does not increase. Therefore, an infrared sensor with high sensitivity, low noise, and wide dynamic range can be obtained.

【0063】本発明の第5実施形態を、図9および図1
0を用いて説明する。熱電変換画素1は図2で説明した
pn接合領域の中空支持構造と同一であり、また、負荷
トランジスタを用いた定電流源80や、行選択回路4
0、行選択線4、列選択回路70、列信号線5、列選択
トランジスタ群60、カラム増幅回路群90等は、図1
と同一であるので、この部分の説明を省略する。
The fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Explanation will be made using 0. The thermoelectric conversion pixel 1 has the same structure as the hollow support structure of the pn junction region described with reference to FIG. 2, and includes a constant current source 80 using a load transistor and a row selection circuit 4.
0, row selection line 4, column selection circuit 70, column signal line 5, column selection transistor group 60, column amplification circuit group 90, etc.
Therefore, the description of this part is omitted.

【0064】本実施形態においては、図9に示すように
画素マトリクスの最終列を熱分離無感度画素列500と
して設け、各行にそれぞれ熱分離無感度画素501を配
分して設けている。熱分離無感度画素501の構造は、
図10に示すように図2の画素構造とほとんど同一であ
るが、唯一、赤外線吸収層部118上にアルミニウムな
どの金属膜の赤外線反射層130が設けられていること
が異なっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the last column of the pixel matrix is provided as a heat-separation insensitive pixel column 500, and heat-separation insensitive pixels 501 are distributed and provided in each row. The structure of the thermal separation insensitive pixel 501 is as follows:
As shown in FIG. 10, the pixel structure is almost the same as that of FIG. 2, except that an infrared reflection layer 130 made of a metal film such as aluminum is provided on the infrared absorption layer 118.

【0065】この熱分離無感度画素501においては、
入射赤外線は赤外線反射層130により反射され、赤外
線入射による温度変化が発生せず、画素選択による自己
加熱信号のみを列信号線502に出力することになる。
In the thermal separation insensitive pixel 501,
The incident infrared rays are reflected by the infrared reflection layer 130, and no temperature change occurs due to the incident infrared rays, and only the self-heating signal by the pixel selection is output to the column signal line 502.

【0066】この熱分離無感度画素列500からの列信
号線出力を、たとえば、図9に示すようにソースフォロ
ア−回路400を介して、カラム増幅回路90内の増幅
トランジスタ10(図1参照)のソース電圧として供給
することが可能となる。
The column signal line output from the thermal separation insensitive pixel column 500 is supplied to the amplifying transistor 10 (see FIG. 1) in the column amplifying circuit 90 via the source follower circuit 400 as shown in FIG. Can be supplied as a source voltage.

【0067】動作点の調整についても、ソースフォロア
回路の端子401、402の電圧を適当に調整すること
で、最適化が可能であるのは言うまでもない。したがっ
て、第1乃至第4実施形態と同様に、増幅トランジスタ
10のゲートに印加される、出力信号中の列信号線5に
発生する自己加熱成分の電圧は、上記の列信号線の波形
電圧を増幅トランジスタ10のソース入力部22に印加
することで精度よく相殺され、赤外線入射による温度変
化成分の信号のみを増幅することが可能となる。無感度
画素を同一半導体基板に搭載することにより自己加熱成
分はほとんど同じ傾向をもつ電圧として出力されるの
で、得られる波形をそのまま適用することができる。
It is needless to say that the adjustment of the operating point can be optimized by appropriately adjusting the voltages of the terminals 401 and 402 of the source follower circuit. Therefore, as in the first to fourth embodiments, the voltage of the self-heating component generated on the column signal line 5 in the output signal, which is applied to the gate of the amplification transistor 10, is equal to the waveform voltage of the column signal line. By applying the voltage to the source input section 22 of the amplification transistor 10, the signal is accurately canceled, and only the signal of the temperature change component due to the incidence of infrared rays can be amplified. By mounting the insensitive pixel on the same semiconductor substrate, the self-heating component is output as a voltage having almost the same tendency, so that the obtained waveform can be applied as it is.

【0068】その結果、増幅トランジスタ10の動作点
を最適化し、自己加熱成分のない信号成分のみの電流増
幅が可能となり、ゲインを向上することが可能となり、
また、前述の帯域拡大に起因するランダム雑音が増加し
てしまうことも無い。したがって、高感度・低雑音・広
ダイナミックレンジの赤外線センサを得ることができ
る。
As a result, the operating point of the amplifying transistor 10 is optimized, the current can be amplified only for the signal component having no self-heating component, and the gain can be improved.
In addition, random noise caused by the above-mentioned band expansion does not increase. Therefore, an infrared sensor with high sensitivity, low noise, and wide dynamic range can be obtained.

【0069】なお、図9では、一段のソースフォロア回
路400を設けた場合を説明したが、必要に応じて、複
数段のソースフォロア回路に変更することも可能であ
る。
Although FIG. 9 shows a case in which a single-stage source follower circuit 400 is provided, the source follower circuit may be changed to a multi-stage source follower circuit if necessary.

【0070】また回路400はソースフォロア回路に限
定するものではなく、熱分離無感度画素列信号線出力電
圧に影響を及ぼさない回路であれば、適宜変更すること
が可能である。
The circuit 400 is not limited to the source follower circuit, but can be changed as appropriate as long as it does not affect the output voltage of the thermal isolation insensitive pixel column signal line.

【0071】以上本発明を実施形態により出力信号増幅
器として、第1入力をゲートとし、第2入力をソースと
する単一増幅MOSトランジスタで構成するカラム増幅
回路で説明した。この増幅回路は簡単な構成のため、製
造上好ましいものである。しかし、2入力を持つもので
あれば、他の増幅回路例えば差動増幅器を用いることが
できる。
As described above, the present invention has been described in the embodiment as a column amplifier circuit composed of a single amplification MOS transistor having a first input as a gate and a second input as a source as an output signal amplifier. This amplifier circuit is preferable in terms of manufacturing because of its simple configuration. However, other amplifier circuits such as a differential amplifier can be used as long as they have two inputs.

【0072】また、熱電変換画素についても、本実施形
態においてはpn接合を用いて説明したが、本発明はそ
れに限定されるものではなく、たとえば酸化バナジウム
等のボロメータを用いた熱電変換画素からなる赤外線セ
ンサ装置にも適用可能である。
In the present embodiment, the thermoelectric conversion pixel has been described using a pn junction. However, the present invention is not limited to this. For example, the thermoelectric conversion pixel includes a bolometer such as vanadium oxide. It is also applicable to an infrared sensor device.

【0073】その場合には、各画素内に画素選択のため
の選択トランジスタが必要となることは言うまでも無
い。
In this case, it goes without saying that a selection transistor for selecting a pixel is required in each pixel.

【0074】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形実施可能である。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明によれば、高感度・低雑音・広ダ
イナミックレンジの熱型赤外線センサを得ることができ
る。
According to the present invention, a thermal infrared sensor having high sensitivity, low noise, and wide dynamic range can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1および第2実施形態の全体構成
図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of first and second embodiments of the present invention.

【図2】第1および第2実施形態の熱電変換画素を説明
するもので、(a)は平面図、(b)は(a)のA-A
線にそう断面図。
FIGS. 2A and 2B are views for explaining thermoelectric conversion pixels according to the first and second embodiments, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is AA of FIG.
A sectional view taken along a line.

【図3】(a),(b)は第1実施形態を説明する波形
図。
FIGS. 3A and 3B are waveform diagrams illustrating a first embodiment.

【図4】(a),(b)は第2実施形態を説明する波形
図。
FIGS. 4A and 4B are waveform diagrams illustrating a second embodiment.

【図5】本発明の第3実施形態の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図6】(a),(b)は本発明の第3実施形態を説明
する波形図。
FIGS. 6A and 6B are waveform diagrams illustrating a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4実施形態の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図8】(a),(b),(c)は本発明の第4実施形
態を説明する波形図。
FIGS. 8A, 8B, and 8C are waveform diagrams illustrating a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5実施形態の概略構成図。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図10】第5実施形態の熱電変換画素を説明するもの
で、(a)は平面図、(b)は(a)のA-A線にそう
断面図。
10A and 10B are views for explaining a thermoelectric conversion pixel according to a fifth embodiment, in which FIG. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図11】行選択期間における自己加熱により、画素温
度Tdおよび出力信号電圧Vsigが急激に変化し、画素
温度が1フレーム期間をかけて元に戻る様子を説明する
ための図。
FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the pixel temperature Td and the output signal voltage Vsig rapidly change due to self-heating during a row selection period, and the pixel temperature returns to its original state over one frame period.

【図12】カラム増幅回路内部の蓄積容量に、信号電荷
Qsigと自己過熱に起因する雑音電荷QSHとが、画
素選択期間中に蓄積される様子を模式的に示したポテン
シャルウエル図。
[12] the storage capacity of the internal column amplifier circuit, and the noise charges Q SH due to the signal charge Qsig and self heating, potential wells diagram schematically showing the manner in which accumulated during the pixel selection period.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…熱電変換画素 2…半導体基板 3…撮像領域 4…行選択線 5…列信号線 6…列選択トランジスタ 7…列選択線 8…負荷トランジスタ 9…カラム増幅回路 10…MOS増幅トランジスタ 12…蓄積容量 14…リセットトランジスタ 21…画素選択パルス出力部 22…増幅トランジスタのソース電圧入力部 23…配線 24…信号出力部 40…行選択回路 60…列選択トランジスタ群 70…列選択回路 80…定電流回路 90…カラムトランジスタ群 106…半導体基板 107…中空底部 108…SOI層 110…熱電変換部 111…支持脚 114…埋め込み酸化膜 115…pn接合領域 117…配線 118…赤外線吸収部 119…中空側部 120…赤外線吸収部 130…赤外線反射層 300…電圧発生器 400…ソースフォロア回路 401…ソースフォロア回路端子 402…ソースフォロア回路端子 500…熱分離無感度画素列 501…熱分離無感度画素 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric conversion pixel 2 ... Semiconductor substrate 3 ... Image pick-up area 4 ... Row selection line 5 ... Column signal line 6 ... Column selection transistor 7 ... Column selection line 8 ... Load transistor 9 ... Column amplification circuit 10 ... MOS amplification transistor 12 ... Storage Capacitor 14 Reset transistor 21 Pixel selection pulse output unit 22 Source voltage input unit of amplifying transistor 23 Wiring 24 Signal output unit 40 Row selection circuit 60 Column selection transistor group 70 Column selection circuit 80 Constant current circuit 90 column transistor group 106 semiconductor substrate 107 hollow bottom part 108 SOI layer 110 thermoelectric conversion part 111 support leg 114 embedded oxide film 115 pn junction region 117 wiring 118 infrared ray absorbing part 119 hollow side part 120 ... Infrared absorbing section 130 ... Infrared reflecting layer 300 ... Voltage generator 400 ... Source Follower circuit 401: Source follower circuit terminal 402: Source follower circuit terminal 500: Thermal separation insensitive pixel row 501: Thermal separation insensitive pixel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01J 5/22 G01J 5/22 H01L 27/14 H01L 35/00 S 35/00 H04N 5/33 H04N 5/33 H01L 27/14 K Fターム(参考) 2G065 AA11 AB02 BA12 BA32 BA34 BE08 CA30 DA06 DA18 DA20 2G066 AC14 BA09 BB20 CA02 CA08 CA20 4M118 AA01 AA02 AB01 BA06 CA03 CA35 FA06 5C024 AX06 BX03 CX41 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01J 5/22 G01J 5/22 H01L 27/14 H01L 35/00 S 35/00 H04N 5/33 H04N 5 / 33 H01L 27/14 K F term (reference) 2G065 AA11 AB02 BA12 BA32 BA34 BE08 CA30 DA06 DA18 DA20 2G066 AC14 BA09 BB20 CA02 CA08 CA20 4M118 AA01 AA02 AB01 BA06 CA03 CA35 FA06 5C024 AX06 BX03 CX41

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の行および列のマトリクス状に配列
され、入射赤外線光を吸収することで発生した熱を熱電
変換し抵抗値の変化として取出す複数個の熱電変換画素
と、 前記熱電変換画素の各行または各列のいずれか一方にそ
れぞれ接続される複数の選択線と、 前記熱電変換画素の各行または各列の他方にそれぞれ接
続される複数の信号線と、 前記各選択線に接続され前記熱電変換画素に選択線ごと
に選択的に読み出し電圧を付与して前記信号線に電圧信
号を発生させる画素選択手段と、 第1の入力手段と第2の入力手段を有し、前記各信号線
に前記第1の入力手段が接続されて前記熱電変換画素か
らの電圧信号を増幅する出力信号増幅手段と、 前記出力信号増幅手段の第2の入力手段に接続され、前
記熱電変換画素に前記読み出し電圧によって発生する自
己加熱に伴う抵抗変化成分による前記電圧信号に含まれ
る電圧成分を打消しまたは低減する波形の電圧を、前記
読み出し電圧に同期して印加する電圧発生手段とを具備
してなる赤外線センサ装置。
1. A plurality of thermoelectric conversion pixels which are arranged in a matrix of a plurality of rows and columns and which thermoelectrically converts heat generated by absorbing incident infrared light and extracts the change as a change in resistance value; A plurality of selection lines respectively connected to either one of each row or each column of the thermoelectric conversion pixel; a plurality of signal lines respectively connected to the other one of each row or each column of the thermoelectric conversion pixels; and A pixel selection unit for selectively applying a readout voltage to the thermoelectric conversion pixel for each selection line to generate a voltage signal on the signal line; a first input unit and a second input unit; An output signal amplifying means connected to the first input means for amplifying a voltage signal from the thermoelectric conversion pixel; a second input means of the output signal amplifying means connected to the thermoelectric conversion pixel for reading out the signal. Voltage An infrared sensor comprising: voltage generating means for applying a voltage having a waveform that cancels or reduces a voltage component included in the voltage signal due to a resistance change component caused by self-heating generated in synchronization with the read voltage. apparatus.
【請求項2】 前記出力信号増幅手段は、前記複数の信
号線に対応して、各々独立に接続されてなる、複数の出
力増幅手段を具備してなる請求項1記載の赤外線センサ
装置。
2. The infrared sensor device according to claim 1, wherein the output signal amplifying means includes a plurality of output amplifying means which are independently connected to the plurality of signal lines.
【請求項3】 半導体基板上に二次元配列され、入射赤
外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部とこの
吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に変換す
るための熱電変換手段とを有する熱電変換画素と、 前記熱電変換画素に接続され、この熱電変換画素からの
信号を読み出すための、 前記熱電変換画素を選択する
画素選択手段と、 この画素選択手段により選択された前記熱電変換画素か
らの信号を読み出す画素信号読み出し手段と、 画素信号読み出し手段により読み出された前記信号を出
力するための出力手段と、を有する赤外線センサ装置で
あって、 前記画素信号読み出し手段は、前記熱電変換画素からの
信号を増幅する増幅回路を含み、この増幅回路はMOS
トランジスタを有し、少なくとも前記熱電変換画素から
の出力信号が電圧信号として、前記MOSトランジスタ
のゲートに入力され、 前記MOSトランジスタのソースに、前記画素選択手段
の画素選択タイミングと同期したランプ波形電圧または
ステップ波形電圧を前記電圧信号の増加を抑えるように
印加する手段とを具備することを特徴とする赤外線セン
サ装置。
3. An infrared absorbing portion which is two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate and absorbs incident infrared light and converts it into heat, and a thermoelectric converter for converting a temperature change caused by heat generated by the absorbing portion into an electric signal. A thermoelectric conversion pixel having means, a pixel selection means connected to the thermoelectric conversion pixel, and for reading a signal from the thermoelectric conversion pixel, selecting the thermoelectric conversion pixel; and An infrared sensor device comprising: a pixel signal readout unit that reads a signal from a thermoelectric conversion pixel; and an output unit that outputs the signal read out by the pixel signal readout unit. An amplifying circuit for amplifying a signal from the thermoelectric conversion pixel;
A transistor, and at least an output signal from the thermoelectric conversion pixel is input as a voltage signal to a gate of the MOS transistor, and a source of the MOS transistor has a ramp waveform voltage synchronized with a pixel selection timing of the pixel selection unit or Means for applying a step waveform voltage so as to suppress an increase in the voltage signal.
【請求項4】 前記ランプ波形電圧またはステップ波形
電圧を印加する手段として、前記画素選択手段からの画
素選択パルスと同期してランプ波形電圧またはステップ
波形電圧を発生する電圧発生器が、前記半導体基板上に
形成されてなることを特徴とする請求項3記載の赤外線
センサ装置。
4. The semiconductor substrate as a means for applying the ramp waveform voltage or the step waveform voltage, wherein the voltage generator generates a ramp waveform voltage or a step waveform voltage in synchronization with a pixel selection pulse from the pixel selection means. The infrared sensor device according to claim 3, wherein the infrared sensor device is formed on the upper surface.
【請求項5】 前記ランプ電圧またはステップ波形電圧
を印加する手段として、前記画素選択手段からの画素選
択パルスと同期したランプ波形電圧またはステップ波形
電圧を発生する電圧発生器を、前記半導体基板外に具備
してなることを特徴とする請求項3記載の赤外線センサ
装置。
5. A voltage generator for generating a ramp waveform voltage or a step waveform voltage synchronized with a pixel selection pulse from the pixel selection means as means for applying the ramp voltage or the step waveform voltage, outside the semiconductor substrate. The infrared sensor device according to claim 3, wherein the infrared sensor device is provided.
【請求項6】 前記熱電変換画素は少なくとも熱電変換
部と、この熱電変換部を前記半導体基板内部に形成され
る中空構造上に支持するための支持構造とにより構成さ
れ、 この支持構造には前記熱電変換部からの信号を読み出す
ための配線が含まれており、この配線が前記選択線およ
び前記信号線に接続されてなる請求項1または2に記載
の赤外線センサ装置。
6. The thermoelectric conversion pixel includes at least a thermoelectric conversion unit and a support structure for supporting the thermoelectric conversion unit on a hollow structure formed inside the semiconductor substrate. 3. The infrared sensor device according to claim 1, further comprising a wiring for reading a signal from the thermoelectric converter, wherein the wiring is connected to the selection line and the signal line.
【請求項7】 前記画素選択手段は画素選択パルス出力
端子を備え、そのパルス出力に同期して矩形波電圧を発
生する電圧発生器を半導体基板外に具備してなり、この
電圧発生器から出力される矩形波電圧を前記ソースに入
力し、前記電圧発生器の出力端子と前記ソース間の電流
経路には、少なくとも一つの電気容量を含む積分回路が
付加されてなることを特徴とする請求項3記載の赤外線
センサ装置。
7. The pixel selection means has a pixel selection pulse output terminal, and a voltage generator for generating a rectangular wave voltage in synchronization with the pulse output is provided outside the semiconductor substrate. And a current path between the output terminal of the voltage generator and the source, wherein an integration circuit including at least one capacitance is added. 3. The infrared sensor device according to 3.
【請求項8】 前記電圧発生器を複数個有することを特
徴とする請求項7記載の赤外線センサ装置。
8. The infrared sensor device according to claim 7, comprising a plurality of said voltage generators.
【請求項9】 半導体基板上に複数行および複数列の二
次元的に配列され、入射赤外線光を吸収し熱に変換する
ための赤外線吸収部とこの吸収部で発生した熱による温
度変化を電気信号に変換するための熱電変換手段とを有
し、前記赤外線吸収部と前記熱電変換部とを前記半導体
基板内部に形成される中空構造上に支持するための支持
構造を有する熱電変換画素を備え、前記支持構造には、
少なくとも前記熱電変換部からの信号を読み出すための
配線が含まれており、この配線は行選択線と列信号線に
接続され、 前記熱電変換画素からの信号を読み出すための画素選択
パルスを各前記行選択線に印加して前記熱電変換画素を
選択する画素選択手段と、 この画素選択手段により選択された前記熱電変換画素か
らの信号を各前記列信号線から読み出すための画素信号
読み出し手段と、 この読み出し手段により読み出された前記熱電変換画素
からの信号を出力するための出力手段と、を有する赤外
線センサ装置であって、 前記画素読み出し手段は前記熱電変換画素からの信号を
増幅するMOSトランジスタ増幅回路を含み、 この増幅回路は少なくとも前記熱電変換画素からの信号
を電圧信号として、前記MOSトランジスタのゲートに
与えることで電流変調をおこなう回路を含み、 光学的に赤外線感度の無く、かつ前記中空構造上に前記
支持脚により支持されている熱分離無感度画素を前記半
導体基板上で各行に少なくともひとつ具備してなり、こ
の熱分離無感度画素は無感度画素列として配置され、こ
の無感度画素列の前記列信号線に発生する無感度列信号
線電圧を基準とした電圧を、前記MOSトランジスタの
ソースに入力する手段を具備してなることを特徴とした
赤外線センサ装置。
9. An infrared absorbing portion that is two-dimensionally arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on a semiconductor substrate and absorbs incident infrared light and converts it into heat, and electrically detects a temperature change caused by heat generated in the absorbing portion. A thermoelectric conversion unit having a thermoelectric conversion unit for converting into a signal, and a thermoelectric conversion pixel having a support structure for supporting the infrared absorption unit and the thermoelectric conversion unit on a hollow structure formed inside the semiconductor substrate. , The support structure includes:
At least a wiring for reading a signal from the thermoelectric conversion unit is included, and this wiring is connected to a row selection line and a column signal line, and outputs a pixel selection pulse for reading a signal from the thermoelectric conversion pixel to each of the above. Pixel selection means for selecting a thermoelectric conversion pixel by applying to a row selection line; pixel signal reading means for reading a signal from the thermoelectric conversion pixel selected by the pixel selection means from each of the column signal lines; An output unit for outputting a signal from the thermoelectric conversion pixel read by the reading unit, wherein the pixel reading unit amplifies a signal from the thermoelectric conversion pixel. The amplifier circuit includes at least a signal from the thermoelectric conversion pixel as a voltage signal, and a gate of the MOS transistor. The circuit includes a circuit for performing current modulation by applying a signal, and is provided with at least one heat separation insensitive pixel in each row on the semiconductor substrate, which is optically insensitive to infrared light and is supported on the hollow structure by the support legs. The thermal isolation insensitive pixel is arranged as an insensitive pixel column, and a voltage based on an insensitive column signal line voltage generated in the column signal line of the insensitive pixel column is supplied to a source of the MOS transistor. An infrared sensor device comprising input means.
【請求項10】 前記熱分離無感度画素から発生した基
準電圧を入力とする、すくなくとも一段のソースフォロ
アー回路を具備してなり、このソースフォロア−回路出
力を前記MOSトランジスタのソースに入力することを
特徴とする請求項9記載の赤外線センサ装置。
10. A source follower circuit having at least a single-stage source follower circuit to which a reference voltage generated from the thermal isolation insensitive pixel is inputted, and wherein an output of the source follower circuit is inputted to a source of the MOS transistor. The infrared sensor device according to claim 9, wherein:
【請求項11】 前記熱分離無感度画素は前記熱電変換
画素内部の赤外線吸収部の表面に赤外線反射層を形成し
てなることを特徴とする請求項9記載の赤外線センサ装
置。
11. The infrared sensor device according to claim 9, wherein the thermal separation insensitive pixel has an infrared reflective layer formed on a surface of an infrared absorbing portion inside the thermoelectric conversion pixel.
【請求項12】 半導体基板上に二次元的に配列され、
入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部
とこの吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に
変換するための熱電変換部とを有し、前記熱電変換部を
前記半導体基板内部に形成される中空構造上に支持する
ための支持構造を有する熱電変換画素を備え、 前記支持構造には、少なくとも前記熱電変換部からの信
号を読み出すための配線が含まれており、 前記熱電変換画素からの信号を読み出すための、前記熱
電変換画素を選択する画素選択手段と、 この画素選択手段により選択された前記熱電変換画素か
らの信号を読み出すための画素信号読み出し手段と、 この読み出し手段により読み出された前記熱電変換画素
からの信号を出力するための出力手段と、を具備してな
り、 前記画素読み出し手段は、前記熱電変換画素からの信号
を増幅するMOSトランジスタ増幅回路を含み、 この増幅回路は、少なくとも前記熱電変換画素からの信
号を電圧信号として、MOSトランジスタのゲートに与
えることで、電流変調をおこなう回路を含む回路である
赤外線センサの駆動方法であって、 前記MOSトランジスタのソースに前記熱電変換画素の
選択パルスと同期したランプ波形電圧またはステップ波
形電圧を印加することを特徴とする赤外線センサ装置の
駆動方法。
12. A two-dimensional arrangement on a semiconductor substrate,
An infrared absorbing portion for absorbing incident infrared light and converting it into heat, and a thermoelectric converting portion for converting a temperature change due to heat generated in the absorbing portion into an electric signal, wherein the thermoelectric converting portion is a semiconductor substrate. A thermoelectric conversion pixel having a support structure for supporting on a hollow structure formed therein; the support structure includes at least wiring for reading a signal from the thermoelectric conversion unit; Pixel selection means for selecting the thermoelectric conversion pixel for reading a signal from the conversion pixel; pixel signal reading means for reading a signal from the thermoelectric conversion pixel selected by the pixel selection means; And an output unit for outputting a signal from the thermoelectric conversion pixel read out by the following. An infrared sensor which includes a circuit for performing a current modulation by applying at least a signal from the thermoelectric conversion pixel as a voltage signal to a gate of the MOS transistor, including a MOS transistor amplifier circuit for amplifying a signal; The method of driving the infrared sensor device, wherein a ramp waveform voltage or a step waveform voltage synchronized with a selection pulse of the thermoelectric conversion pixel is applied to a source of the MOS transistor.
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