JP2011232157A - Infrared-ray imaging apparatus - Google Patents

Infrared-ray imaging apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2011232157A
JP2011232157A JP2010102247A JP2010102247A JP2011232157A JP 2011232157 A JP2011232157 A JP 2011232157A JP 2010102247 A JP2010102247 A JP 2010102247A JP 2010102247 A JP2010102247 A JP 2010102247A JP 2011232157 A JP2011232157 A JP 2011232157A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
imaging
temperature
signal
pixel
infrared
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010102247A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keisuke Kama
啓輔 釜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2010102247A priority Critical patent/JP2011232157A/en
Publication of JP2011232157A publication Critical patent/JP2011232157A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared-ray imaging apparatus that can suppress image deterioration by blocking disturbance infrared-ray more appropriately.SOLUTION: A surface of a semiconductor substrate 1 is provided with a blocking film 7 and a reflection film 8 in a plane form so as to cover an opening of a cavity part 1a. That is, the blocking film 7 is mechanically and thermally connected to a plane of the semiconductor substrate 1 that faces an optical system 150. The reflection film 8 is formed so as to cover the entire surface of the blocking film 7. An imaging pixel opening 101a is formed through the blocking film 7 and the reflection film 8. The blocking film 7 and the reflection film 8 let only an optical system passing infrared-ray 152 go through the imaging pixel opening 101a to a temperature detecting part 5 in the cavity part 1a. At places other than the imaging pixel opening 101a in the entire plane, the blocking film 7 and the reflection film 8 block/reflect the disturbance infrared-ray.

Description

この発明は、温度変化の検出手段として熱型検出器を用いた赤外線撮像装置に関する。   The present invention relates to an infrared imaging device using a thermal detector as temperature change detection means.

熱型検出器は、被写体が放射する赤外線による温度変化を、半導体基板と熱的に分離した中空構造体を用いて検出するものである。このような温度変化の検出手段としては、中空構造体にボロメータを形成し抵抗変化を検出するボロメータ方式や、中空構造体上にPN接合ダイオードを形成し順方向電流を流した状態での電圧変化を検出するダイオード方式等が提案されている。また、これら熱型検出器は、一般的に、複数の撮像画素(温度検出部)が2次元配列された構成になっている。   The thermal detector detects a temperature change due to infrared rays emitted from a subject using a hollow structure that is thermally separated from a semiconductor substrate. Such temperature change detection means include a bolometer method in which a bolometer is formed in a hollow structure to detect a resistance change, or a voltage change in a state where a forward current is passed by forming a PN junction diode on the hollow structure. A diode method or the like has been proposed. These thermal detectors generally have a configuration in which a plurality of imaging pixels (temperature detection units) are two-dimensionally arranged.

このように、熱型検出器は、その熱型検出器に入射する赤外線による温度変化を検出するものである。被写体が放出する赤外線は、光学系を用いて熱型検出器の表面上に結像されることによって撮像される。しかしながら、熱型検出器には、被写体以外からの物体から撮像素子へ向けて放射(輻射)され光学系を通らない赤外線(以下、「外乱赤外線」とする。)も入射する。この被写体以外の物体とは、例えばレンズ鏡筒や検出器パッケージ等である。ここで、被写体からの赤外線と、被写体以外からの外乱赤外線とは、熱型検出器において区別ができない。このため、外乱赤外線の影響によって被写体を正しく画像化できないという問題点があった。   Thus, the thermal detector detects a temperature change caused by infrared rays incident on the thermal detector. The infrared rays emitted from the subject are imaged by being imaged on the surface of the thermal detector using an optical system. However, infrared rays (hereinafter referred to as “disturbance infrared rays”) that are emitted (radiated) from an object other than the subject toward the image sensor and do not pass through the optical system also enter the thermal detector. Examples of the object other than the subject include a lens barrel and a detector package. Here, infrared rays from the subject and disturbance infrared rays from other than the subject cannot be distinguished by the thermal detector. For this reason, there has been a problem that the subject cannot be imaged correctly due to the influence of disturbance infrared rays.

このような問題点に対して、例えば、特許文献1に示すような従来装置では、外乱赤外線を遮断するための構成が用いられている。図12は、従来装置における光学系からの入射赤外線と撮像画素への入射状況とを示す概念図である。図12において、撮像素子201は、その表面が光学系210の開口面である光学系開口面211に、間隔をおいて対向配置されている。撮像素子201の表面(図12の上面)には、アレイ状に配置された複数の撮像画素202が設けられている。撮像画素202には、光学系210からの赤外線212が入射される。   In order to solve such a problem, for example, a conventional apparatus as shown in Patent Document 1 uses a configuration for blocking disturbance infrared rays. FIG. 12 is a conceptual diagram showing an incident infrared ray from an optical system and an incident state on an imaging pixel in a conventional apparatus. In FIG. 12, the imaging element 201 is disposed so as to face the optical system opening surface 211 whose surface is the opening surface of the optical system 210 at an interval. A plurality of imaging pixels 202 arranged in an array are provided on the surface of the imaging element 201 (upper surface in FIG. 12). Infrared rays 212 from the optical system 210 are incident on the imaging pixel 202.

また、撮像素子201の表面には、複数の撮像画素202のうち互いに隣り合う撮像画素202同士の間を仕切るように、マイクロシールド203が立てて設けられている。さらに、撮像素子201の表面(図12の下面)には、マイクロシールド203を含む撮像素子201の赤外線の入射による温度上昇を抑制するための電子冷却素子204が設けられている。この図12に示すような従来装置では、マイクロシールド203によって、外乱赤外線の一部が遮断される。   Further, on the surface of the imaging element 201, a microshield 203 is provided upright so as to partition between the imaging pixels 202 adjacent to each other among the plurality of imaging pixels 202. Furthermore, an electronic cooling element 204 is provided on the surface of the image sensor 201 (the lower surface in FIG. 12) to suppress a temperature rise due to the incidence of infrared rays on the image sensor 201 including the microshield 203. In the conventional apparatus as shown in FIG. 12, a part of disturbance infrared rays is blocked by the microshield 203.

特開2007−127496号公報JP 2007-127696 A

しかしながら、図12に示すような従来装置には、次のような問題点がある。図12に示すような従来装置では、複数の撮像画素202が1次元又は2次元的に配置されており、その撮像画素202の位置によって、撮像画素202と光学系開口面211とを結ぶ線の向きが異なる。   However, the conventional apparatus as shown in FIG. 12 has the following problems. In the conventional apparatus as shown in FIG. 12, a plurality of imaging pixels 202 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and a line connecting the imaging pixel 202 and the optical system opening surface 211 is determined depending on the position of the imaging pixel 202. The direction is different.

このため、撮像素子201の表面における面の中心から離れた箇所に配置された撮像画素202では、図13に示すように、被写体からの赤外線(光学系を通った赤外線)212の一部の赤外線212aがマイクロシールド203の上端部に当って遮断される現象(いわゆるケラレ)が生じる。この結果、従来装置では、本来入射するべき赤外線212aがマイクロシールド203によって遮断されることから、入射赤外線量が低減していた。   For this reason, in the imaging pixel 202 disposed at a position away from the center of the surface on the surface of the imaging element 201, as shown in FIG. 13, a part of infrared rays 212 from the subject (infrared rays passing through the optical system) 212 A phenomenon (so-called vignetting) occurs in which 212a is blocked by hitting the upper end of the microshield 203. As a result, in the conventional apparatus, since the infrared ray 212a that should be incident is blocked by the microshield 203, the amount of incident infrared ray is reduced.

また、撮像素子201の表面における面の中心から離れた箇所に配置された撮像画素202では、光学系210によって集光された赤外線212以外の赤外線、つまり本来遮断したい外乱赤外線213(光学系210を通らない赤外線)を遮断できない現象が生じていた。   In addition, in the imaging pixel 202 arranged at a position away from the center of the surface on the surface of the imaging element 201, infrared rays other than the infrared ray 212 collected by the optical system 210, that is, disturbance infrared rays 213 (optical system 210 to be originally blocked) There was a phenomenon in which infrared rays that did not pass through could not be blocked.

さらに、図12に示すような従来装置では、マイクロシールド203の開口部の開口面の形状は、平面視四角形状である。このため、特に、マイクロシールド203の開口部の開口面の角部分には、外乱赤外線213が入射していた。   Furthermore, in the conventional apparatus as shown in FIG. 12, the shape of the opening surface of the opening portion of the microshield 203 is a square shape in plan view. For this reason, the disturbance infrared ray 213 is incident on the corner portion of the opening surface of the opening portion of the microshield 203 in particular.

以上のように、図12に示すような従来装置では、マイクロシールド203による入射赤外線量が低減し、また、外乱赤外線213を十分に遮断できないことによって、画像劣化が生じてしまうという問題点があった。   As described above, the conventional apparatus as shown in FIG. 12 has the problem that the amount of incident infrared rays by the microshield 203 is reduced and the disturbance infrared rays 213 cannot be sufficiently blocked, resulting in image degradation. It was.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、外乱赤外線をより適切に遮断することができ、画像劣化を抑制することができる赤外線撮像装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an infrared imaging device capable of more appropriately blocking disturbance infrared rays and suppressing image deterioration. .

この発明の赤外線撮像装置は、光学系に間隔をおいて対向配置されかつ前記光学系と対向する面にその面の裏側へ向けて窪む凹状の複数の空洞部が設けられた基材と、前記複数の空洞部にそれぞれ配置され、被写体を撮像するための複数の撮像画素とを備えるものであって、前記複数の撮像画素のそれぞれは、前記基材に接続され、かつ前記空洞部内に配置された支持脚と、前記支持脚を介して前記空洞部内に配置され、前記空洞部内の温度に応じた信号を生成するための温度検出部と、前記空洞部の開口を覆うように面状に前記基材に設けられ、面全体における前記光学系からの赤外線が当る箇所に前記光学系からの赤外線を前記空洞部内の前記温度検出部へ通すための撮像画素開口が空けられ、前記光学系以外の物体から前記撮像素子へ向けて放射され外乱となる赤外線である外乱赤外線を面全体における前記撮像画素開口以外の箇所で遮断する被覆面部とを有するものである。   The infrared imaging device of the present invention is a substrate provided with a plurality of concave cavities that are disposed opposite to each other with an interval between the optical system and recessed toward the back side of the surface on the surface facing the optical system, Each of the plurality of cavities is provided with a plurality of imaging pixels for imaging a subject, and each of the plurality of imaging pixels is connected to the base material and disposed in the cavity. A support leg, a temperature detection unit disposed in the cavity through the support leg, and generating a signal corresponding to the temperature in the cavity, and a planar shape covering the opening of the cavity Provided on the base material, an imaging pixel opening for passing the infrared rays from the optical system to the temperature detection unit in the cavity is opened at a place where the infrared rays from the optical system hit the entire surface, and other than the optical system From the object to the image sensor Only the disturbance infrared ray infrared to be radiated disturbances are those having a coating surface portion to block at locations other than the image pickup pixel aperture in the entire surface.

この発明の赤外線撮像装置によれば、被覆面部の面全体における光学系からの赤外線が当る箇所に撮像画素開口が空けられ、被覆面部がその面全体における撮像画素開口以外の箇所で外乱赤外線を遮断するので、外乱赤外線をより適切に遮断することができ、画像劣化を抑制することができる。   According to the infrared imaging device of the present invention, the imaging pixel opening is opened at a position where the infrared rays from the optical system hit the entire surface of the covering surface portion, and the covering surface portion blocks disturbance infrared rays at a location other than the imaging pixel opening on the entire surface. Therefore, disturbance infrared rays can be more appropriately blocked, and image degradation can be suppressed.

この発明の実施の形態1による赤外線撮像装置を示す平面図である。It is a top view which shows the infrared imaging device by Embodiment 1 of this invention. 図1の撮像画素を示す平面図である。It is a top view which shows the imaging pixel of FIG. 図2のIII−III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 撮像画素と光学系との位置関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the positional relationship of an imaging pixel and an optical system. 図1の参照画素を示す平面図である。It is a top view which shows the reference pixel of FIG. 図5のVI−VI線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VI-VI line of FIG. 図1の赤外線撮像装置の回路構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the infrared imaging device of FIG. この発明の実施の形態2による赤外線撮像装置を示す平面図である。It is a top view which shows the infrared imaging device by Embodiment 2 of this invention. 図8の赤外線撮像装置の回路構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the infrared imaging device of FIG. この発明の実施の形態3による赤外線撮像装置の回路構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the infrared imaging device by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による赤外線撮像装置の回路構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the infrared imaging device by Embodiment 4 of this invention. 従来装置における光学系からの入射光と撮像画素への入射状況とを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the incident light from the optical system in a conventional apparatus, and the incident condition to an imaging pixel. 図12の一部を拡大して示す概念図である。It is a conceptual diagram which expands and shows a part of FIG.

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による赤外線撮像装置を示す平面図である。
図1において、赤外線撮像装置(赤外線撮像素子)100は、複数の撮像画素(通常画素)101と、参照画素102とを有している。複数の撮像画素101は、二次元的に(マトリクス状・格子状に)並べられて配置されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view showing an infrared imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, an infrared imaging device (infrared imaging device) 100 includes a plurality of imaging pixels (normal pixels) 101 and a reference pixel 102. The plurality of imaging pixels 101 are arranged two-dimensionally (in a matrix or a lattice).

複数の撮像画素101のそれぞれの表面には、被写体からの赤外線を撮像画素101の内部へ通すための撮像画素開口101aが設けられている。撮像画素開口101aの形状は、平面視円状である。参照画素102は、複数の撮像画素101のうち最も外側に配置された撮像画素101に隣接して配置されている。参照画素102の表面には、参照画素開口102aが設けられている。参照画素開口102aの形状は、平面視四角形状である。   On the surface of each of the plurality of imaging pixels 101, an imaging pixel opening 101a for allowing infrared rays from a subject to pass through the inside of the imaging pixel 101 is provided. The shape of the imaging pixel opening 101a is circular in plan view. The reference pixel 102 is disposed adjacent to the outermost imaging pixel 101 among the plurality of imaging pixels 101. A reference pixel opening 102 a is provided on the surface of the reference pixel 102. The shape of the reference pixel opening 102a is a square shape in plan view.

次に、撮像画素101の構造について説明する。図2は、図1の撮像画素101を示す平面図である。図3は、図2のIII−III線に沿う断面図である。図4は、撮像画素101と光学系150との位置関係を示す概念図である。図2〜4において、基材としての半導体基板1は、光学系150に間隔をおいて対向配置されている。また、半導体基板1は、例えばシリコン基板である。   Next, the structure of the imaging pixel 101 will be described. FIG. 2 is a plan view showing the imaging pixel 101 of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the positional relationship between the imaging pixel 101 and the optical system 150. 2 to 4, the semiconductor substrate 1 as a base material is disposed to face the optical system 150 with an interval. The semiconductor substrate 1 is, for example, a silicon substrate.

また、半導体基板1における光学系150側の面には、その面の裏側(図3の下方)へ向けて窪む凹状の複数の空洞部1aが設けられている。複数の空洞部1aのそれぞれの開口面は、光学系150の開口面である光学系開口面151に対して平行になるように配置されている。半導体基板1における空洞部1aの内壁には、アルミ配線(配線パターン)2が設けられている。また、半導体基板1における空洞部1aの内壁には、空洞部1aの内壁から空洞部1aの中心へ向けて突出するように、一対の支持脚3が設けられている。   Further, the surface on the optical system 150 side of the semiconductor substrate 1 is provided with a plurality of concave cavities 1a that are recessed toward the back side (downward in FIG. 3) of the surface. The respective opening surfaces of the plurality of cavities 1 a are arranged so as to be parallel to the optical system opening surface 151 that is the opening surface of the optical system 150. An aluminum wiring (wiring pattern) 2 is provided on the inner wall of the cavity 1 a in the semiconductor substrate 1. A pair of support legs 3 are provided on the inner wall of the cavity 1a in the semiconductor substrate 1 so as to protrude from the inner wall of the cavity 1a toward the center of the cavity 1a.

支持脚3は、空洞部1aの底部から上方に間隔をおいて配置されている。また、支持脚3は、断熱構造をもたせるために、熱抵抗が大きく、かつ細長い構造である。支持脚3の内部には、アルミ配線2に電気的に接続された薄膜金属配線4が形成されている。支持脚3には、温度変化を電気信号に変換するための温度検出部(温度検知部)5が接続されている。即ち、支持脚3は、温度検出部5と半導体基板1とを接続して、温度検出部5を空洞部1aの内壁面から間隔をおいて(空洞部1a内に中空に)支持している。   The support legs 3 are spaced upward from the bottom of the cavity 1a. Further, the support leg 3 has a large heat resistance and an elongated structure in order to have a heat insulating structure. A thin film metal wire 4 electrically connected to the aluminum wire 2 is formed inside the support leg 3. Connected to the support leg 3 is a temperature detection unit (temperature detection unit) 5 for converting a temperature change into an electrical signal. That is, the support leg 3 connects the temperature detection unit 5 and the semiconductor substrate 1 and supports the temperature detection unit 5 at a distance from the inner wall surface of the cavity 1a (in the hollow portion 1a). .

温度検出部5は、温度検出膜(温度検知膜)6を含んでいる。温度検出膜6は、例えばシリコンを用いたダイオードである。また、温度検出膜6は、薄膜金属配線4を介して、アルミ配線2に電気的に接続されている。温度検出部5では、空洞部1a内に入射した赤外線が当ることによって温度変化が生じ、温度検出膜6は、その温度変化に応じた信号を生成する。   The temperature detection unit 5 includes a temperature detection film (temperature detection film) 6. The temperature detection film 6 is a diode using, for example, silicon. Further, the temperature detection film 6 is electrically connected to the aluminum wiring 2 through the thin film metal wiring 4. In the temperature detection unit 5, a temperature change is caused by the incident infrared light in the cavity 1 a, and the temperature detection film 6 generates a signal corresponding to the temperature change.

半導体基板1の表面(図3の上面)には、空洞部1aの開口を覆うように面状に遮蔽膜7及び反射膜8が形成されている。即ち、遮蔽膜7は、半導体基板1における光学系150と対向する面に、機械的でかつ熱的に接続されている。遮蔽膜7の材質は、例えば酸化シリコンである。反射膜8は、遮蔽膜7の表面(図3の上面)の全体を覆うように形成されている。反射膜8の材質は、例えばアルミニウムや金等の比較的反射率の高い金属である。   On the surface of the semiconductor substrate 1 (upper surface in FIG. 3), a shielding film 7 and a reflective film 8 are formed in a planar shape so as to cover the opening of the cavity 1a. That is, the shielding film 7 is mechanically and thermally connected to the surface of the semiconductor substrate 1 facing the optical system 150. The material of the shielding film 7 is, for example, silicon oxide. The reflective film 8 is formed so as to cover the entire surface of the shielding film 7 (upper surface in FIG. 3). The material of the reflective film 8 is a metal having a relatively high reflectivity, such as aluminum or gold.

遮蔽膜7及び反射膜8は、被覆面部をなしている。このように、複数の撮像画素101は、半導体基板1の複数の空洞部1aにそれぞれ形成されている。また、複数の撮像画素101は、それぞれ支持脚3、温度検出部5、遮蔽膜7及び反射膜8を有している。   The shielding film 7 and the reflective film 8 form a covering surface portion. As described above, the plurality of imaging pixels 101 are formed in the plurality of cavities 1 a of the semiconductor substrate 1, respectively. Each of the plurality of imaging pixels 101 includes a support leg 3, a temperature detection unit 5, a shielding film 7, and a reflection film 8.

ここで、撮像画素開口101aは、遮蔽膜7及び反射膜8に空けられている。遮蔽膜7及び反射膜8は、撮像画素開口101aで、光学系150からの赤外線152(以下、「光学系通過赤外線152」とする。)のみを空洞部1a内の温度検出部5へ通す。他方、遮蔽膜7及び反射膜8は、これらの面全体における撮像画素開口101a以外の箇所で、被写体以外の物体から撮像画素101へ向けて放射(輻射)され光学系150を通らない外乱赤外線を遮断・反射する。   Here, the imaging pixel opening 101 a is opened in the shielding film 7 and the reflection film 8. The shielding film 7 and the reflection film 8 allow only the infrared ray 152 (hereinafter referred to as “optical system passing infrared ray 152”) from the optical system 150 to pass through the temperature detection unit 5 in the cavity 1a through the imaging pixel opening 101a. On the other hand, the shielding film 7 and the reflective film 8 emit disturbance radiation that is radiated (radiated) from an object other than the subject toward the imaging pixel 101 and does not pass through the optical system 150 at a place other than the imaging pixel opening 101a on the entire surface. Block and reflect.

次に、撮像画素開口101aの構成について、より具体的に説明する。図4に示すように、複数の撮像画素101のうち全体の中心側に配置された撮像画素101では、撮像画素101の表面に対して垂直に、光学系通過赤外線152が入射する。複数の撮像画素101のうち全体の中心側に配置された撮像画素101では、その撮像画素101の面の中心に撮像画素開口101aが配置されている。   Next, the configuration of the imaging pixel opening 101a will be described more specifically. As shown in FIG. 4, in the imaging pixel 101 arranged on the entire center side among the plurality of imaging pixels 101, the optical system passing infrared ray 152 enters perpendicular to the surface of the imaging pixel 101. Among the plurality of imaging pixels 101, the imaging pixel 101 arranged on the center side of the whole has an imaging pixel opening 101 a arranged at the center of the surface of the imaging pixel 101.

他方、複数の撮像画素101のうち全体の中心から外側にずれて配置された撮像画素101(以下、「周辺撮像画素101」という)では、周辺撮像画素101の表面に対して垂直ではなく斜め方向から光学系通過赤外線152が入射する。周辺撮像画素101では、図1,4に示すように、撮像画素開口101aの周辺撮像画素101の表面における位置が、光学系通過赤外線152の入射方向に対応させて、その周辺撮像画素101の面の中心からずれている。また、複数の周辺撮像画素101のそれぞれの撮像画素開口101aの位置は、光学系通過赤外線152の入射方向に対応させて、周辺撮像画素101毎に異なっている。   On the other hand, an imaging pixel 101 (hereinafter referred to as “peripheral imaging pixel 101”) arranged out of the center of the whole of the plurality of imaging pixels 101 is not perpendicular to the surface of the peripheral imaging pixel 101 but in an oblique direction. The optical system passing infrared ray 152 enters. In the peripheral imaging pixel 101, as shown in FIGS. 1 and 4, the position of the imaging pixel aperture 101 a on the surface of the peripheral imaging pixel 101 corresponds to the incident direction of the optical system passing infrared ray 152, and the surface of the peripheral imaging pixel 101. Is off center. Further, the position of each imaging pixel aperture 101a of each of the plurality of peripheral imaging pixels 101 is different for each peripheral imaging pixel 101 corresponding to the incident direction of the optical system passing infrared ray 152.

撮像画素開口101aの大きさ(開口面の面積)は、光学系通過赤外線152に対応するように、即ち光学系開口面151に対応するように設定されている。これを言い換えると、撮像画素開口101aは、遮蔽膜7及び反射膜8の面全体における光学系通過赤外線152が当る箇所に空けられている。これにより、光学系150以外の物体からの外乱赤外線は、反射膜8の面全体における撮像画素開口101a以外の箇所に当って反射される。   The size (area of the aperture surface) of the imaging pixel aperture 101a is set to correspond to the optical system passing infrared ray 152, that is, to correspond to the optical system aperture surface 151. In other words, the imaging pixel opening 101a is opened at a position where the optical system passing infrared ray 152 hits the entire surface of the shielding film 7 and the reflection film 8. Thereby, disturbance infrared rays from an object other than the optical system 150 strikes and is reflected by a portion other than the imaging pixel opening 101a in the entire surface of the reflective film 8.

次に、参照画素102の構成について説明する。参照画素102の構成の概要は、撮像画素101の構成と同様であり、参照画素開口102aの位置・大きさ・範囲が撮像画素開口101aの位置・大きさ・範囲とは異なる。つまり、参照画素102は、撮像画素101と同様に、半導体基板1の空洞部1aに形成され、支持脚3、温度検出部5、遮蔽膜7及び反射膜8を有している。ここでは、撮像画素101との違いを中心に説明する。   Next, the configuration of the reference pixel 102 will be described. The outline of the configuration of the reference pixel 102 is the same as that of the imaging pixel 101, and the position / size / range of the reference pixel opening 102a is different from the position / size / range of the imaging pixel opening 101a. That is, the reference pixel 102 is formed in the cavity 1 a of the semiconductor substrate 1 and has the support leg 3, the temperature detection unit 5, the shielding film 7, and the reflection film 8, similarly to the imaging pixel 101. Here, the difference from the imaging pixel 101 will be mainly described.

図5は、図1の参照画素102を示す平面図である。図6は、図5のVI−VI線に沿う断面図である。図5,6において、参照画素開口102aは、支持脚3を臨むように、空洞部1aの内壁の近傍に配置されている。また、参照画素開口102aの開口面の面積は、撮像画素開口101aの開口面の面積よりも小さい。   FIG. 5 is a plan view showing the reference pixel 102 of FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5 and 6, the reference pixel opening 102a is disposed in the vicinity of the inner wall of the cavity 1a so as to face the support leg 3. Further, the area of the opening surface of the reference pixel opening 102a is smaller than the area of the opening surface of the imaging pixel opening 101a.

ここで、撮像画素101では、撮像画素開口101aが温度検出部5に光学系通過赤外線152を入射させるように配置されている。これに対して、参照画素102では、参照画素開口102aが温度検出部5に光学系通過赤外線152を入射させないように配置されている。これにより、参照画素102の温度検出部5には、半導体基板1及び遮蔽膜7から放射された赤外線(以下、「画素内放射赤外線」とする。)のみが入射されることとなる。この結果、参照画素102の温度検出膜6には、常に半導体基板1の温度に応じた電圧変化が生じる。   Here, in the imaging pixel 101, the imaging pixel opening 101 a is arranged so that the optical system passing infrared ray 152 is incident on the temperature detection unit 5. On the other hand, in the reference pixel 102, the reference pixel opening 102 a is arranged so that the optical system passing infrared ray 152 does not enter the temperature detection unit 5. Thereby, only the infrared rays (hereinafter referred to as “in-pixel emission infrared rays”) emitted from the semiconductor substrate 1 and the shielding film 7 are incident on the temperature detection unit 5 of the reference pixel 102. As a result, a voltage change corresponding to the temperature of the semiconductor substrate 1 always occurs in the temperature detection film 6 of the reference pixel 102.

なお、参照画素開口102aは、半導体基板1に空洞部1aを形成する際のエッチングを行うために設けることが好ましいが、半導体基板1に空洞部1aを形成した後に、参照画素開口102aを塞いでもよい。また、この実施の形態では、参照画素開口102aの開口面の形状は、平面視四角形状であるが、四角形状に限定するものではない。   Note that the reference pixel opening 102a is preferably provided for etching when the cavity 1a is formed in the semiconductor substrate 1. However, after the cavity 1a is formed in the semiconductor substrate 1, the reference pixel opening 102a may be closed. Good. Further, in this embodiment, the shape of the opening surface of the reference pixel opening 102a is a quadrangular shape in plan view, but is not limited to a quadrangular shape.

次に、赤外線撮像装置100の回路構成について説明する。図7は、図1の赤外線撮像装置100の回路構成を示す構成図である。なお、図7では、3×3行列の画素アレイとして簡略化して赤外線撮像装置100を示しているが、この画素数に限定するものではない(実施の形態2以降も同様)。図7において、画素アレイの複数のダイオード21は、複数の撮像画素101のそれぞれの温度検出膜6である。また、複数のダイオード21は、行列をなすように二次元的に(マトリクス状・格子状に)配置されている。   Next, the circuit configuration of the infrared imaging device 100 will be described. FIG. 7 is a configuration diagram showing a circuit configuration of the infrared imaging device 100 of FIG. In FIG. 7, the infrared imaging device 100 is illustrated in a simplified manner as a 3 × 3 matrix pixel array, but is not limited to this number of pixels (the same applies to the second and subsequent embodiments). In FIG. 7, the plurality of diodes 21 of the pixel array are the temperature detection films 6 of the plurality of imaging pixels 101. The plurality of diodes 21 are arranged two-dimensionally (in a matrix or a lattice) so as to form a matrix.

複数のダイオード21のアノードには、アルミ配線2からなり、画素アレイの行毎に電圧を加えるためのバイアス線22が接続されている。バイアス線22は、複数のダイオード21のうち同一の行に属するダイオード21のアノード同士を繋いでいる。複数のダイオード21のカソードには、アルミ配線2からなり、画素アレイの列毎に信号を読み出すための垂直信号線23が接続されている。垂直信号線23は、複数のダイオード21のうち同一の列に属するダイオード21のカソード同士を繋いでいる。   The anodes of the plurality of diodes 21 are made of aluminum wiring 2 and connected to a bias line 22 for applying a voltage to each row of the pixel array. The bias line 22 connects the anodes of the diodes 21 belonging to the same row among the plurality of diodes 21. To the cathodes of the plurality of diodes 21, a vertical signal line 23 made of aluminum wiring 2 for reading out a signal for each column of the pixel array is connected. The vertical signal line 23 connects the cathodes of the diodes 21 belonging to the same column among the plurality of diodes 21.

各列の垂直信号線23には、読み出し回路24と、スイッチ25の一端とが直列に接続されている。読み出し回路24は、サンプルホールド回路28と、垂直信号線23に一定の電流を与える定電流源29とを有している。サンプルホールド回路28は、定電流源29の両端に現れるダイオード21の信号である撮像画素信号の信号レベルを、サンプリングして記憶する。画素アレイの各列に対応するスイッチ25の他端には、水平信号線26が接続されている。即ち、水平信号線26は、画素アレイの各列に対応するスイッチ25の他端同士を繋いでいる。スイッチ25のON・OFFは、水平走査回路27によって制御される。   A readout circuit 24 and one end of a switch 25 are connected in series to the vertical signal line 23 of each column. The read circuit 24 includes a sample and hold circuit 28 and a constant current source 29 that applies a constant current to the vertical signal line 23. The sample hold circuit 28 samples and stores the signal level of the imaging pixel signal which is a signal of the diode 21 appearing at both ends of the constant current source 29. A horizontal signal line 26 is connected to the other end of the switch 25 corresponding to each column of the pixel array. That is, the horizontal signal line 26 connects the other ends of the switches 25 corresponding to the respective columns of the pixel array. ON / OFF of the switch 25 is controlled by the horizontal scanning circuit 27.

バイアス線22には、スイッチ30を介して、電源31が接続されている。スイッチ30のON・OFFは、垂直走査回路32によって制御される。垂直走査回路32は、画素アレイの各行に対応するスイッチ30のON・OFFを制御することによって、複数のダイオード21の通電・遮断を画素アレイの行単位で制御する。   A power supply 31 is connected to the bias line 22 via a switch 30. ON / OFF of the switch 30 is controlled by the vertical scanning circuit 32. The vertical scanning circuit 32 controls ON / OFF of the switches 30 corresponding to each row of the pixel array, thereby controlling energization / cutoff of the plurality of diodes 21 in units of rows of the pixel array.

参照画素102の温度検出膜6は、図7の回路構成におけるダイオード33をなしている。ダイオード33のアノードは、電源31に接続されている。ダイオード33のカソードには、参照画素出力線34が接続されている。参照画素出力線34には、サンプルホールド回路28及び定電流源29と同様の構成のサンプルホールド回路35及び定電流源36が接続されている。   The temperature detection film 6 of the reference pixel 102 forms a diode 33 in the circuit configuration of FIG. The anode of the diode 33 is connected to the power supply 31. A reference pixel output line 34 is connected to the cathode of the diode 33. A sample hold circuit 35 and a constant current source 36 having the same configuration as the sample hold circuit 28 and the constant current source 29 are connected to the reference pixel output line 34.

水平信号線26には、温度変化補正部としての減算器37が接続されている。減算器37は、参照画素102側のサンプルホールド回路35に接続されており、サンプルホールド回路35の信号である参照画素信号を受ける。また、減算器37は、水平信号線26からの撮像画素信号の信号レベルから、参照画素信号の信号レベルを減じて、撮像画素信号の信号レベルを補正する。さらに、減算器37は、外部出力用の出力端子38に補正後の撮像画素信号を出力する。   The horizontal signal line 26 is connected to a subtractor 37 as a temperature change correction unit. The subtractor 37 is connected to the sample hold circuit 35 on the reference pixel 102 side and receives a reference pixel signal which is a signal of the sample hold circuit 35. The subtractor 37 subtracts the signal level of the reference pixel signal from the signal level of the imaging pixel signal from the horizontal signal line 26 to correct the signal level of the imaging pixel signal. Further, the subtractor 37 outputs the corrected imaging pixel signal to the output terminal 38 for external output.

従って、減算器37は、参照画素102の参照画素信号の信号レベルを用いて、撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルを半導体基板1の温度に応じて補正する。これにより、出力端子38に出力される撮像画素信号の信号レベルは、半導体基板1及び遮蔽膜7からの画素内放射赤外線と光学系通過赤外線152とに応じた撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルから、画素内放射赤外線に応じた参照画素102の参照画素信号の信号レベルを減じた値である。この補正後の信号レベルは、光学系150からの光学系通過赤外線152に応じた値に他ならない。   Therefore, the subtractor 37 corrects the signal level of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101 according to the temperature of the semiconductor substrate 1 using the signal level of the reference pixel signal of the reference pixel 102. Thereby, the signal level of the imaging pixel signal output to the output terminal 38 is the signal of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101 corresponding to the intra-pixel radiation infrared ray from the semiconductor substrate 1 and the shielding film 7 and the optical system passing infrared ray 152. This is a value obtained by subtracting the signal level of the reference pixel signal of the reference pixel 102 corresponding to the intra-pixel radiation infrared ray from the level. The corrected signal level is nothing but a value corresponding to the optical system passing infrared ray 152 from the optical system 150.

上記のような実施の形態1によれば、遮蔽膜7及び反射膜8の面全体における光学系150からの光学系通過赤外線152が当る箇所に撮像画素開口101aが空けられ、遮蔽膜7及び反射膜8が、その面全体における撮像画素開口101a以外の箇所で外乱赤外線を遮断・反射する。この構成により、光学系150以外からの外乱赤外線をより適切に遮断することができ、画像劣化を抑制することができる。   According to the first embodiment as described above, the imaging pixel aperture 101a is opened at a location where the optical system passing infrared ray 152 from the optical system 150 hits the entire surface of the shielding film 7 and the reflecting film 8, and the shielding film 7 and the reflecting film 7 are reflected. The film 8 blocks and reflects the disturbance infrared rays at a place other than the imaging pixel opening 101a on the entire surface. With this configuration, disturbance infrared rays from other than the optical system 150 can be more appropriately blocked, and image deterioration can be suppressed.

ここで、図12に示すような従来装置では、温度を一定にするための電子冷却素子204が必要であり、装置が大型化したり、消費電力が増大したり、製造コストが増加したりするという問題点があった。
これに対して、実施の形態1では、遮蔽膜7の温度が半導体基板1とともに変化するが、減算器37が、参照画素102の信号を用いて、撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルを半導体基板1の温度に応じて補正する。この構成により、半導体基板1の温度が変化しても、撮像画素信号の信号レベルにおける温度の変化分を相殺することができる。この結果、図12に示すような従来装置における電子冷却素子204を省略することができ、装置の小型化と、消費電力の低減化と、製造コストの低減化とを図ることができる。
Here, the conventional apparatus as shown in FIG. 12 requires the electronic cooling element 204 for keeping the temperature constant, which increases the size of the apparatus, increases the power consumption, and increases the manufacturing cost. There was a problem.
In contrast, in the first embodiment, the temperature of the shielding film 7 varies with the semiconductor substrate 1, but the subtractor 37 uses the signal of the reference pixel 102 to change the signal level of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101. Correction is performed according to the temperature of the semiconductor substrate 1. With this configuration, even if the temperature of the semiconductor substrate 1 changes, the change in temperature at the signal level of the imaging pixel signal can be offset. As a result, the electronic cooling element 204 in the conventional apparatus as shown in FIG. 12 can be omitted, and the apparatus can be downsized, the power consumption can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

また、実施の形態1では、外乱赤外線を反射するための反射膜8が遮蔽膜7の表面に形成されている。この構成により、外乱赤外線による遮蔽膜7及び半導体基板1の温度上昇を抑えることができる。   In the first embodiment, the reflection film 8 for reflecting disturbance infrared rays is formed on the surface of the shielding film 7. With this configuration, the temperature rise of the shielding film 7 and the semiconductor substrate 1 due to disturbance infrared rays can be suppressed.

実施の形態2.
実施の形態1では、1つの参照画素102が用いられた。これに対して、実施の形態2では、複数の参照画素102が用いられる。図8は、この発明のこの発明の実施の形態2による赤外線撮像装置を示す平面図である。図9は、図8の赤外線撮像装置100の回路構成を示す構成図である。実施の形態2の赤外線撮像装置100の構成の概要は、実施の形態1と同様であり、参照画素102の数と、及び参照画素102の周辺の電気回路が実施の形態1とは異なっている。ここでは、実施の形態1との違いを中心に説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, one reference pixel 102 is used. On the other hand, in the second embodiment, a plurality of reference pixels 102 are used. FIG. 8 is a plan view showing an infrared imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 9 is a configuration diagram showing a circuit configuration of the infrared imaging device 100 of FIG. The outline of the configuration of the infrared imaging apparatus 100 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the number of reference pixels 102 and the electric circuit around the reference pixel 102 are different from those of the first embodiment. . Here, the difference from Embodiment 1 will be mainly described.

図8,9において、実施の形態2の複数の参照画素102は、画素アレイにおける列方向に一次元的に並べられて配置されている。複数の参照画素102のそれぞれのダイオード33のアノードは、バイアス線22に接続されている。また、複数の参照画素102のそれぞれのダイオード33のカソードは、垂直信号線23に接続されている。   8 and 9, the plurality of reference pixels 102 of Embodiment 2 are arranged one-dimensionally in the column direction in the pixel array. The anodes of the diodes 33 of the plurality of reference pixels 102 are connected to the bias line 22. The cathodes of the diodes 33 of the plurality of reference pixels 102 are connected to the vertical signal line 23.

さらに、実施の形態2の減算器37とサンプルホールド回路35との間の信号線には、スイッチ39が介在されている。スイッチ39のON・OFFは、水平走査回路27によって制御される。また、垂直走査回路32によって、画素アレイにおける通電中の撮像画素101のダイオード21と同じ行に属する参照画素102のダイオード33が通電される。   Further, a switch 39 is interposed in the signal line between the subtractor 37 and the sample hold circuit 35 of the second embodiment. ON / OFF of the switch 39 is controlled by the horizontal scanning circuit 27. Further, the vertical scanning circuit 32 energizes the diodes 33 of the reference pixels 102 belonging to the same row as the diodes 21 of the imaging pixels 101 that are energized in the pixel array.

従って、実施の形態2の減算器37は、画素アレイにおける通電中の撮像画素101のダイオード21と同じ行に属する参照画素102の参照画素信号の信号レベルを用いて撮像画素信号の信号レベルを補正する。他の構成は、実施の形態1と同様である。   Therefore, the subtractor 37 according to the second embodiment corrects the signal level of the imaging pixel signal using the signal level of the reference pixel signal of the reference pixel 102 that belongs to the same row as the diode 21 of the imaging pixel 101 that is energized in the pixel array. To do. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

上記のような実施の形態2によれば、複数の参照画素102を用いた構成であっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。これとともに、減算器37が画素アレイにおける通電中の撮像画素101のダイオード21と同じ行に属する参照画素102の参照画素信号の信号レベルを用いて、撮像画素信号の信号レベルを補正する。この構成により、画素アレイにおける列方向で半導体基板1の温度差が生じている場合に、その温度差に対応可能となり、撮像画素信号の信号レベルの補正の精度をより向上させることができる。   According to the second embodiment as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained even in a configuration using a plurality of reference pixels 102. At the same time, the subtractor 37 corrects the signal level of the imaging pixel signal using the signal level of the reference pixel signal of the reference pixel 102 belonging to the same row as the diode 21 of the imaging pixel 101 that is energized in the pixel array. With this configuration, when there is a temperature difference of the semiconductor substrate 1 in the column direction in the pixel array, the temperature difference can be dealt with, and the accuracy of correcting the signal level of the imaging pixel signal can be further improved.

実施の形態3.
実施の形態1,2では、温度変化補正部として減算器37を用いた構成について説明した。これに対して、実施の形態3では、温度変化補正部として補正回路40を用いる構成について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the configuration using the subtractor 37 as the temperature change correction unit has been described. On the other hand, in the third embodiment, a configuration in which the correction circuit 40 is used as the temperature change correction unit will be described.

図10は、この発明の実施の形態3による赤外線撮像装置の回路構成を示す構成図である。図10において、実施の形態3の赤外線撮像装置100の構成の概要は、実施の形態2と同様であり、減算器37を削除し、出力端子38に補正回路40を接続した点が実施の形態2とは異なる。ここでは、実施の形態2との違いを中心に説明する。   FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of an infrared imaging device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 10, the outline of the configuration of the infrared imaging apparatus 100 of the third embodiment is the same as that of the second embodiment. The subtracter 37 is deleted and the correction circuit 40 is connected to the output terminal 38. Different from 2. Here, the difference from Embodiment 2 will be mainly described.

図10において、補正回路40は、A/D変換部とメモリ(記憶部)とを有している(いずれも図示せず)。また、補正回路40は、出力端子38から撮像画素信号及び参照画素信号を受ける。補正回路40が受けた撮像画素信号及び参照画素信号の信号レベルは、A/D変換部によってA/D変換されて、デジタルデータとしてメモリに記憶される。   In FIG. 10, the correction circuit 40 includes an A / D conversion unit and a memory (storage unit) (none of which is shown). The correction circuit 40 receives the imaging pixel signal and the reference pixel signal from the output terminal 38. The signal levels of the imaging pixel signal and the reference pixel signal received by the correction circuit 40 are A / D converted by the A / D conversion unit and stored in the memory as digital data.

さらに、補正回路40は、参照画素102の読み出しタイミングにあわせて参照画素102の参照画素信号の信号レベルを行毎にメモリに記憶し、その記憶した行毎の参照画素102の参照画素信号の信号レベルを、同一の行に属する撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルから減じて、撮像画素信号を補正する。   Further, the correction circuit 40 stores the signal level of the reference pixel signal of the reference pixel 102 in the memory for each row in accordance with the readout timing of the reference pixel 102, and the signal of the reference pixel signal of the reference pixel 102 for each stored row. The imaging pixel signal is corrected by subtracting the level from the signal level of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101 belonging to the same row.

これにより、補正回路40の出力信号の信号レベルは、各撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルから半導体基板1の温度による出力分を減じた値となり、補正回路40の出力信号の信号レベルは、光学系通過赤外線152に応じた値に他ならない。なお、例えばメモリに代えてサンプルホールド回路等に記憶してもよい。他の構成は、実施の形態2と同様である。   Thereby, the signal level of the output signal of the correction circuit 40 becomes a value obtained by subtracting the output due to the temperature of the semiconductor substrate 1 from the signal level of the imaging pixel signal of each imaging pixel 101, and the signal level of the output signal of the correction circuit 40 is This is nothing but the value according to the optical system passing infrared ray 152. For example, it may be stored in a sample hold circuit or the like instead of the memory. Other configurations are the same as those in the second embodiment.

上記のような実施の形態3によれば、減算器37に代えて補正回路40を温度変化補正部として用いた構成であっても、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。   According to the third embodiment as described above, even when the correction circuit 40 is used as the temperature change correction unit instead of the subtractor 37, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.

なお、実施の形態2,3では、参照画素102が画素アレイにおける列方向に一次元的に並べられて配置されていた。しかしながら、この例に限定するものではなく、参照画素102が画素アレイにおける行方向に一次元的に並べられて配置されてもよい。また、参照画素102が画素アレイにおける行方向及び列方向の両方向に二次元的に並べられて配置されてもよい。   In the second and third embodiments, the reference pixels 102 are arranged one-dimensionally in the column direction in the pixel array. However, the present invention is not limited to this example, and the reference pixels 102 may be arranged one-dimensionally in the row direction in the pixel array. Further, the reference pixels 102 may be arranged two-dimensionally in both the row direction and the column direction in the pixel array.

実施の形態4.
実施の形態1〜3では、参照画素信号の信号レベルを用いて撮像画素信号の信号レベルを補正する構成について説明した。これに対して、実施の形態4では、温度センサ50の出力信号を用いて撮像画素信号の信号レベルを補正する構成について説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the first to third embodiments, the configuration in which the signal level of the imaging pixel signal is corrected using the signal level of the reference pixel signal has been described. On the other hand, in the fourth embodiment, a configuration for correcting the signal level of the imaging pixel signal using the output signal of the temperature sensor 50 will be described.

図11は、この発明の実施の形態4による赤外線撮像装置の回路構成を示す構成図である。図11において、実施の形態4の赤外線撮像装置100の構成の概要は、実施の形態1と同様であり、参照画素102及び減算器37を削除し、基材温度検出手段としての温度センサ(温度モニタ)50と温度変化補正部としての補正処理部60とを追加した点が実施の形態1とは異なる。ここでは、実施の形態1との違いを中心に説明する。   FIG. 11 is a block diagram showing a circuit configuration of an infrared imaging device according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 11, the outline of the configuration of the infrared imaging apparatus 100 of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. The reference pixel 102 and the subtracter 37 are deleted, and a temperature sensor (temperature The difference from the first embodiment is that a monitor) 50 and a correction processing unit 60 as a temperature change correction unit are added. Here, the difference from Embodiment 1 will be mainly described.

温度センサ50は、半導体基板1に熱的に接続されている。ここで、温度センサ50は、半導体基板1の内部に設けられていても、半導体基板1の表面に機械的に接続されていてもよい。また、温度センサ50には、例えば温度で抵抗値が変化する金属膜や、ダイオード等を用いてもよく、温度検出膜6と同じ構成のものを用いてもよい。   The temperature sensor 50 is thermally connected to the semiconductor substrate 1. Here, the temperature sensor 50 may be provided inside the semiconductor substrate 1 or may be mechanically connected to the surface of the semiconductor substrate 1. Further, for example, a metal film whose resistance value changes with temperature, a diode, or the like may be used for the temperature sensor 50, or a sensor having the same configuration as the temperature detection film 6 may be used.

補正処理部60は、画素アレイの出力端子38と温度センサ50の出力端子51とに接続されている。補正処理部60は、温度センサ50の出力を監視して半導体基板1の温度(素子温度)を得る温度処理部61と、素子温度に応じた画素出力を取得(算出)する補正データ算出部62と、減算器63とを有している。   The correction processing unit 60 is connected to the output terminal 38 of the pixel array and the output terminal 51 of the temperature sensor 50. The correction processing unit 60 monitors the output of the temperature sensor 50 and obtains the temperature (element temperature) of the semiconductor substrate 1, and the correction data calculation unit 62 acquires (calculates) the pixel output corresponding to the element temperature. And a subtractor 63.

補正データ算出部62は、半導体基板1の温度と、その温度での撮像画素101の撮像画素信号の信号レベル(事前登録信号レベル)とを互いに対応付けて、温度対応出力情報として予め記憶している。ここで、撮像画素101は、赤外線の入射によって発生する温度検出部5の温度変化に応じた電気信号を出力するものであり、半導体基板1及び遮蔽膜7から放射されて温度検出部5に入射する画素内放射赤外線の赤外線量がわかっていれば、その赤外線量に対応する温度検出部5の温度の変化量、即ち撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルを算出又は試験等によって事前に求めることができる。   The correction data calculation unit 62 associates the temperature of the semiconductor substrate 1 and the signal level (pre-registered signal level) of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101 at that temperature, and stores them in advance as temperature correspondence output information. Yes. Here, the imaging pixel 101 outputs an electrical signal corresponding to the temperature change of the temperature detection unit 5 generated by the incidence of infrared rays, and is emitted from the semiconductor substrate 1 and the shielding film 7 and enters the temperature detection unit 5. If the amount of infrared radiation in the pixel to be emitted is known, the amount of change in the temperature of the temperature detection unit 5 corresponding to the amount of infrared radiation, that is, the signal level of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101 is obtained in advance by calculation or testing. be able to.

つまり、撮像画素101に入射した赤外線が、半導体基板1及び遮蔽膜7から放射された画素内放射赤外線であるとすれば、半導体基板1の温度を監視し、半導体基板1の温度を用いて、画素内放射赤外線に対応する撮像画素101の撮像画素信号の信号レベルを取得(算出)できる。従って、補正データ算出部62は、半導体基板1の温度に対応する撮像画素信号の信号レベルを、温度対応出力情報に基づいて取得する。   That is, if the infrared light incident on the imaging pixel 101 is the intra-pixel radiation infrared radiation emitted from the semiconductor substrate 1 and the shielding film 7, the temperature of the semiconductor substrate 1 is monitored, and the temperature of the semiconductor substrate 1 is used. It is possible to acquire (calculate) the signal level of the imaging pixel signal of the imaging pixel 101 corresponding to the in-pixel radiation infrared rays. Therefore, the correction data calculation unit 62 acquires the signal level of the imaging pixel signal corresponding to the temperature of the semiconductor substrate 1 based on the temperature-corresponding output information.

減算器63は、水平信号線26から受けた撮像画素信号の信号レベルから、補正データ算出部62によって取得された半導体基板1の温度に対応する撮像画素信号の信号レベルを減じて、水平信号線26から受けた撮像画素信号の信号レベルを補正する。この補正後の撮像画素信号の信号レベルは、光学系150からの光学系通過赤外線152に応じた値に他ならない。   The subtracter 63 subtracts the signal level of the imaging pixel signal corresponding to the temperature of the semiconductor substrate 1 acquired by the correction data calculation unit 62 from the signal level of the imaging pixel signal received from the horizontal signal line 26, thereby obtaining the horizontal signal line. The signal level of the imaging pixel signal received from H.26 is corrected. The signal level of the image pickup pixel signal after the correction is nothing but a value corresponding to the optical system passing infrared ray 152 from the optical system 150.

なお、補正処理部60は、演算処理部(CPU)と、記憶部と、信号入出力部とを有するコンピュータ(図示せず)により構成することができる。補正処理部60のコンピュータの記憶部には、温度処理部61及び補正データ算出部62の機能を実現するためのプログラムが格納されている。他の構成は、実施の形態1と同様である。   The correction processing unit 60 can be configured by a computer (not shown) having an arithmetic processing unit (CPU), a storage unit, and a signal input / output unit. Programs for realizing the functions of the temperature processing unit 61 and the correction data calculating unit 62 are stored in the storage unit of the computer of the correction processing unit 60. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

上記のような実施の形態4によれば、参照画素102を省略した構成であっても、半導体基板1の温度が変化しても、撮像画素信号の信号レベルにおける温度の変化分を相殺することができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   According to the fourth embodiment as described above, even if the reference pixel 102 is omitted, even if the temperature of the semiconductor substrate 1 changes, the change in temperature in the signal level of the imaging pixel signal is canceled out. And the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

なお、実施の形態1〜4では、温度検出部としてダイオードを用いた構成について説明した。しかしながら、この例に限定するものではなく、温度検出部としてボロメータ(抵抗)を用いてもよい。この場合、実施の形態1〜4において、ダイオード21とともに用いられた読み出し回路24やサンプルホールド回路28や定電流源29を省略可能となる。   In the first to fourth embodiments, the configuration using the diode as the temperature detection unit has been described. However, the present invention is not limited to this example, and a bolometer (resistance) may be used as the temperature detection unit. In this case, in the first to fourth embodiments, the readout circuit 24, the sample hold circuit 28, and the constant current source 29 used together with the diode 21 can be omitted.

また、実施の形態1〜4では、遮蔽膜7及び反射膜8の両方を被覆面部として用いた構成について説明した。しかしながら、この例に限定するものではなく、反射膜8を省略して、遮蔽膜7のみを被覆面部として用いてもよい。   Moreover, in Embodiment 1-4, the structure which used both the shielding film 7 and the reflecting film 8 as a coating | coated surface part was demonstrated. However, the present invention is not limited to this example, and the reflection film 8 may be omitted and only the shielding film 7 may be used as the covering surface portion.

さらに、実施の形態1〜4では、撮像画素101の配列を二次元配列とした例について説明した。しかしながら、複数の撮像画素101の画素配列を1次元配列としてもよく、あるいは画素配列を格子状以外の形状に配列してもよい。   Furthermore, in Embodiments 1 to 4, the example in which the array of the imaging pixels 101 is a two-dimensional array has been described. However, the pixel array of the plurality of imaging pixels 101 may be a one-dimensional array, or the pixel array may be arranged in a shape other than a lattice shape.

また、実施の形態1〜4における水平走査回路27、垂直走査回路32及び補正回路40の各回路の機能を、演算処理部(CPU)と、記憶部と、信号入出力部とを有するコンピュータの演算処理によって実現してもよい。   The functions of the horizontal scanning circuit 27, the vertical scanning circuit 32, and the correction circuit 40 in Embodiments 1 to 4 are the same as those of a computer having an arithmetic processing unit (CPU), a storage unit, and a signal input / output unit. You may implement | achieve by arithmetic processing.

さらに、実施の形態1〜4では、複数の空洞部1aのそれぞれの開口面が、光学系150の開口面である光学系開口面151に対して平行になるように配置されていた。しかしながら、この例に限定するものではなく、複数の空洞部1aのそれぞれの開口面が、光学系開口面151に対して傾いて配置されていてもよい。   Further, in the first to fourth embodiments, the respective opening surfaces of the plurality of cavities 1 a are arranged so as to be parallel to the optical system opening surface 151 that is the opening surface of the optical system 150. However, the present invention is not limited to this example, and the respective opening surfaces of the plurality of cavities 1 a may be arranged to be inclined with respect to the optical system opening surface 151.

1 半導体基板(基材)、1a 空洞部、3 支持脚、5 温度検出部、7 遮蔽膜、37 減算器(温度変化補正部)、40 補正回路(温度変化補正部)、50 温度センサ(基材温度検出手段)、60 補正処理部(温度変化補正部)、100 赤外線撮像装置、101 撮像画素、101a 撮像画素開口、102 参照画素、150 光学系。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate (base material), 1a Cavity part, 3 Support leg, 5 Temperature detection part, 7 Shielding film, 37 Subtractor (temperature change correction part), 40 Correction circuit (temperature change correction part), 50 Temperature sensor (base) Material temperature detection means), 60 correction processing unit (temperature change correction unit), 100 infrared imaging device, 101 imaging pixel, 101a imaging pixel aperture, 102 reference pixel, 150 optical system.

Claims (7)

光学系に間隔をおいて対向配置されかつ前記光学系と対向する面にその面の裏側へ向けて窪む凹状の複数の空洞部が設けられた基材と、
前記複数の空洞部にそれぞれ配置され、被写体を撮像するための複数の撮像画素と
を備える赤外線撮像装置であって、
前記複数の撮像画素のそれぞれは、
前記基材に接続され、かつ前記空洞部内に配置された支持脚と、
前記支持脚を介して前記空洞部内に配置され、前記空洞部内の温度に応じた信号を生成するための温度検出部と、
前記空洞部の開口を覆うように面状に前記基材に設けられ、面全体における前記光学系からの赤外線が当る箇所に前記光学系からの赤外線を前記空洞部内の前記温度検出部へ通すための撮像画素開口が空けられ、前記光学系以外の物体から前記撮像素子へ向けて放射され外乱となる赤外線である外乱赤外線を面全体における前記撮像画素開口以外の箇所で遮断する被覆面部と
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
A base material provided with a plurality of concave cavities which are disposed opposite to each other with an interval between the optical system and are recessed toward the back side of the surface on the surface facing the optical system;
An infrared imaging device that is disposed in each of the plurality of cavities and includes a plurality of imaging pixels for imaging a subject,
Each of the plurality of imaging pixels is
A support leg connected to the substrate and disposed in the cavity;
A temperature detection unit disposed in the cavity through the support leg and generating a signal corresponding to the temperature in the cavity;
In order to pass the infrared rays from the optical system to the temperature detection unit in the cavity portion where the infrared rays from the optical system hit the entire surface of the base material so as to cover the opening of the cavity portion. And a covering surface portion that blocks disturbance infrared rays, which are infrared rays that are radiated from an object other than the optical system toward the imaging element and become disturbances, at portions other than the imaging pixel opening in the entire surface. An infrared imaging device.
前記温度検出部からの信号である撮像画素信号を受け、前記撮像画素信号の信号レベルを、前記基材の温度に応じて補正する温度変化補正部
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の赤外線撮像装置。
The temperature change correction part which receives the imaging pixel signal which is a signal from the said temperature detection part, and correct | amends the signal level of the said imaging pixel signal according to the temperature of the said base material is characterized by the above-mentioned. Infrared imaging device.
前記基材に形成され、前記基材の温度に応じた信号である参照画素信号を生成するための参照画素
をさらに備え、
前記温度変化補正部は、前記参照画素からの前記参照画素信号を受け、前記参照画素信号の信号レベルを用いて前記撮像画素信号の信号レベルを補正する
ことを特徴とする請求項2記載の赤外線撮像装置。
A reference pixel that is formed on the base material and generates a reference pixel signal that is a signal corresponding to a temperature of the base material;
The infrared ray according to claim 2, wherein the temperature change correction unit receives the reference pixel signal from the reference pixel and corrects the signal level of the imaging pixel signal using a signal level of the reference pixel signal. Imaging device.
前記参照画素は、前記基板に複数形成されており、
前記温度変化補正部は、前記複数の参照画素の前記参照画素信号の信号レベルを用いて、前記撮像画素信号の信号レベルを補正する
ことを特徴とする請求項3記載の赤外線撮像装置。
A plurality of the reference pixels are formed on the substrate;
The infrared imaging device according to claim 3, wherein the temperature change correction unit corrects the signal level of the imaging pixel signal using a signal level of the reference pixel signal of the plurality of reference pixels.
前記複数の撮像画素は、行列で表される画素アレイをなすように二次元的に並べられて配置されており、
前記複数の参照画素は、前記画素アレイにおける行あるいは列に属するように、一次元的あるいは二次元的に並べられて配置されており、
前記温度変化補正部は、前記撮像画素信号の信号レベルを補正する際に、その撮像画素の属する行あるいは列と同一の行あるいは列に属する前記参照画像の前記参照画素信号の信号レベルを用いて、前記撮像画素信号の信号レベルを補正する
ことを特徴とする請求項4記載の赤外線撮像装置。
The plurality of imaging pixels are arranged two-dimensionally so as to form a pixel array represented by a matrix,
The plurality of reference pixels are arranged one-dimensionally or two-dimensionally so as to belong to a row or a column in the pixel array,
When the signal level of the imaging pixel signal is corrected, the temperature change correction unit uses the signal level of the reference pixel signal of the reference image belonging to the same row or column to which the imaging pixel belongs. The infrared imaging device according to claim 4, wherein a signal level of the imaging pixel signal is corrected.
前記基材に熱的に接続され前記基材の温度に応じた信号を生成する基材温度検出手段
をさらに備え、
前記温度変化補正部は、
前記基材温度検出手段を介して前記基材の温度を監視し、
前記基材の温度と、その温度での前記撮像画素信号の信号レベルである事前登録信号レベルとを互いに対応付けて温度対応出力情報として予め記憶し、
監視している前記基材の温度に対応する前記事前登録信号レベルを、前記温度対応出力情報に基づいて取得し、
その取得した前記事前登録信号レベルを用いて、前記撮像画素から受けた前記撮像画素信号の信号レベルを補正する
ことを特徴とする請求項2記載の赤外線撮像装置。
A substrate temperature detecting means that is thermally connected to the substrate and generates a signal corresponding to the temperature of the substrate;
The temperature change correction unit is
Monitoring the temperature of the substrate through the substrate temperature detecting means;
The temperature of the base material and the pre-registration signal level that is the signal level of the imaging pixel signal at that temperature are associated with each other and stored in advance as temperature-corresponding output information,
Obtaining the pre-registration signal level corresponding to the temperature of the base material being monitored based on the temperature corresponding output information;
The infrared imaging device according to claim 2, wherein the signal level of the imaging pixel signal received from the imaging pixel is corrected using the acquired pre-registered signal level.
前記被覆面部は、
前記基材における前記光学系側の面に前記空洞部を覆うように設けられ、前記外乱赤外線を遮断するための遮蔽膜と、
前記遮蔽膜における前記光学系側の面に設けられ、前記外乱赤外線を反射させるための反射膜と
を有することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の赤外線撮像装置。
The covering surface portion is
A shielding film for shielding the disturbance infrared rays, provided to cover the cavity on the optical system side surface of the substrate;
The infrared imaging according to any one of claims 1 to 6, further comprising: a reflection film provided on a surface of the shielding film on the optical system side for reflecting the disturbance infrared rays. apparatus.
JP2010102247A 2010-04-27 2010-04-27 Infrared-ray imaging apparatus Pending JP2011232157A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010102247A JP2011232157A (en) 2010-04-27 2010-04-27 Infrared-ray imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010102247A JP2011232157A (en) 2010-04-27 2010-04-27 Infrared-ray imaging apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011232157A true JP2011232157A (en) 2011-11-17

Family

ID=45321616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010102247A Pending JP2011232157A (en) 2010-04-27 2010-04-27 Infrared-ray imaging apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011232157A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015175636A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 旭化成エレクトロニクス株式会社 infrared sensor device
JP2015190912A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 旭化成エレクトロニクス株式会社 Infrared detection device, visual field limiting unit, and manufacturing method thereof
WO2016112360A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 Flir Systems, Inc. Devices and methods for infrared reference pixels
JP2016194507A (en) * 2015-02-20 2016-11-17 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ Device for detecting electromagnetic radiation possessing hermetic encapsulating structure comprising exhaust vent
US10677656B2 (en) 2012-12-31 2020-06-09 Flir Systems, Inc. Devices and methods for infrared reference pixels
FR3125877A1 (en) 2021-07-30 2023-02-03 Lynred METHOD FOR MAKING A BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND ASSOCIATED MICRO-BOLOMETER
FR3125876A1 (en) 2021-07-30 2023-02-03 Lynred BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND RELATED METHODS
WO2024023402A1 (en) 2022-07-28 2024-02-01 Lynred Blind infrared imaging microbolometer and manufacturing method thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10677656B2 (en) 2012-12-31 2020-06-09 Flir Systems, Inc. Devices and methods for infrared reference pixels
JP2015175636A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 旭化成エレクトロニクス株式会社 infrared sensor device
JP2015190912A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 旭化成エレクトロニクス株式会社 Infrared detection device, visual field limiting unit, and manufacturing method thereof
WO2016112360A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 Flir Systems, Inc. Devices and methods for infrared reference pixels
KR20170105534A (en) * 2015-01-08 2017-09-19 플리어 시스템즈, 인크. Apparatus and method for infrared reference pixels
KR102411749B1 (en) 2015-01-08 2022-06-22 텔레다인 플리어, 엘엘시 Apparatus and method for infrared reference pixels
JP2016194507A (en) * 2015-02-20 2016-11-17 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ Device for detecting electromagnetic radiation possessing hermetic encapsulating structure comprising exhaust vent
FR3125877A1 (en) 2021-07-30 2023-02-03 Lynred METHOD FOR MAKING A BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND ASSOCIATED MICRO-BOLOMETER
FR3125876A1 (en) 2021-07-30 2023-02-03 Lynred BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND RELATED METHODS
WO2024023402A1 (en) 2022-07-28 2024-02-01 Lynred Blind infrared imaging microbolometer and manufacturing method thereof
FR3138517A1 (en) 2022-07-28 2024-02-02 Lynred BLIND INFRARED IMAGING MICRO-BOLOMETER AND METHOD FOR PRODUCING IT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011232157A (en) Infrared-ray imaging apparatus
CN1917590B (en) Method for fixed pattern noise reduction in infrared imaging cameras
US10175113B2 (en) Thermal protection mechanisms for uncooled microbolometers
JP5443793B2 (en) Infrared solid-state image sensor
US10378960B2 (en) Infrared detecting device
JP2008219613A (en) Non-cooled infrared camera
CN112352419B (en) Apparatus and method for parasitic thermal compensation in an infrared camera
US9628730B2 (en) Dark current gradient estimation using optically black pixels
US11601606B2 (en) Device and method for parasitic heat compensation in an infrared camera
JP2011128065A (en) Infrared array sensor device
US11035735B2 (en) Spherical detector arrays implemented using passive detector structures for thermal imaging applications
JP2013088192A (en) Infrared solid-state imaging apparatus
KR20220095595A (en) Image Sensor, Test System and Method of Image Sensor Using the Same
WO2016185698A1 (en) Infrared imaging device
JP2018091797A (en) Infrared sensor
KR20180103500A (en) Image sensor having optical black region and dark level compensation method using the same
JP2009278345A (en) Infrared imaging device
JP4581672B2 (en) Infrared detector
JP2023160729A (en) Radiation detector, radiation imaging system, radiation image processing method, and storage medium
WO2016185699A1 (en) Infrared imaging device
JP2007127496A (en) Thermal infrared detector
JP2000183323A (en) Contact image capture device