JP2012004879A - Infrared solid-state imaging apparatus - Google Patents

Infrared solid-state imaging apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2012004879A
JP2012004879A JP2010138284A JP2010138284A JP2012004879A JP 2012004879 A JP2012004879 A JP 2012004879A JP 2010138284 A JP2010138284 A JP 2010138284A JP 2010138284 A JP2010138284 A JP 2010138284A JP 2012004879 A JP2012004879 A JP 2012004879A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
state imaging
voltage supply
column
dummy
infrared solid
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
JP2010138284A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuaki Ota
泰昭 太田
Masafumi Ueno
雅史 上野
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 JP2010138284A priority Critical patent/JP2012004879A/en
Publication of JP2012004879A publication Critical patent/JP2012004879A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared solid-state imaging apparatus with detector arrays arranged two-dimensionally, capable of suppressing shading by controlling voltage distribution bias caused by a difference of a wiring resistance value generated by a stepped shape of a wiring.SOLUTION: An infrared solid-state imaging apparatus includes: a detector array 2 in which a temperature detectors 21 are two-dimensionally arranged; row selection lines 42 to which one pole of each of the temperature detectors 21 is commonly connected in each row; column signal lines 41 to which the other pole of each of the temperature detectors 21 is commonly connected in each column; a vertical scanning circuit 7 that sequentially selects the row selection lines 42 and connects them to a pixel voltage supply source; and a horizontal scanning circuit 6 that sequentially selects the column signal lines 41 and outputs an imaging output. The vertical scanning circuit 7 comprises buffer means 73 equalizing an electric potential of an input terminal and an output terminal, and a connection line of the pixel voltage supply source and the buffer means 73 is configured by commonly connecting one pole of each of dummy detectors 31 arranged in an array.

Description

この発明は、赤外線を熱に変換して検出する赤外線検出画素を二次元配列した赤外線固体撮像装置に関する。   The present invention relates to an infrared solid-state imaging device in which infrared detection pixels that detect infrared rays by converting them into heat are two-dimensionally arranged.

一般的な赤外線固体撮像装置では、断熱構造を有する画素を2次元に配列し、入射した赤外線によって画素の温度が変化することを利用して赤外線像を撮像する。非冷却型の赤外線固体撮像装置の場合、画素を構成する温度センサには、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接合を用いたものが知られている。   In a general infrared solid-state imaging device, pixels having a heat insulating structure are two-dimensionally arranged, and an infrared image is captured by utilizing the change in pixel temperature due to incident infrared rays. In the case of an uncooled infrared solid-state imaging device, a temperature sensor constituting a pixel is known that uses a silicon pn junction that converts a temperature change into a voltage change by a constant forward current.

また赤外線固体撮像装置では、画素は2次元に配列されており、行ごとに選択線によって接続され、列ごとに信号線によって接続されている。垂直走査回路と垂直選択スイッチにより各行選択線が順番に選択され、選択された行選択線を介して電源から画素に通電される。画素の出力は信号線を介して積分回路に伝えられ、積分回路で積分及び増幅され、水平走査回路と水平選択スイッチによって順次出力端子へ出力される。また、このような赤外線固体撮像装置の温度分解能を向上する方法としてバイアス電流を大きくすることでpn接合の微分抵抗を低減して雑音成分を低減する方法が有効とされている。   Further, in the infrared solid-state imaging device, the pixels are two-dimensionally arranged, connected by a selection line for each row, and connected by a signal line for each column. Each row selection line is selected in turn by the vertical scanning circuit and the vertical selection switch, and the pixel is energized from the power supply via the selected row selection line. The output of the pixel is transmitted to the integration circuit via the signal line, integrated and amplified by the integration circuit, and sequentially output to the output terminal by the horizontal scanning circuit and the horizontal selection switch. As a method for improving the temperature resolution of such an infrared solid-state imaging device, a method of reducing a noise component by reducing a differential resistance of a pn junction by increasing a bias current is effective.

このような赤外線固体撮像装置の温度分解能を向上する方法としてバイアス電流を大きくすることでpn接合の微分抵抗を低減して雑音成分を低減する方法が有効とされている。ただし、バイアス電流を流すことによりpn接合にジュール熱が発生することに起因してpn接合に自己過熱が発生するので温度センサのダイナミックレンジが抑圧されるという問題の要因になる。   As a method for improving the temperature resolution of such an infrared solid-state imaging device, a method of reducing the noise component by reducing the differential resistance of the pn junction by increasing the bias current is effective. However, when a bias current is passed, Joule heat is generated in the pn junction, and self-overheating occurs in the pn junction, which causes a problem that the dynamic range of the temperature sensor is suppressed.

これを解決するための方法として、光学的無感度画素列と熱的無感度画素行とを有し、光学的無感度画素列により自己加熱成分を増幅トランジスタのソース電圧にフィードバックする構造をとることで自己加熱成分をキャンセルし、熱的無感度画素行を選択したときに増幅トランジスタのゲート電圧をクランプする構造をとることで行選択線の電圧分布がキャンセルされて水平方向のシェーディングを防止する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for solving this, an optical insensitive pixel column and a thermally insensitive pixel row are provided, and a self-heating component is fed back to the source voltage of the amplification transistor by the optical insensitive pixel column. Canceling the self-heating component and clamping the gate voltage of the amplifying transistor when a thermally insensitive pixel row is selected, thereby canceling the voltage distribution of the row selection line and preventing horizontal shading Is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−121652公報(第6頁、第1図)JP 2006-121652 A (6th page, FIG. 1)

しかしながらこのような赤外線固体撮像装置では製造プロセス上、発生する配線の段差形状や仕上がり形状などによって配線のもつ抵抗値に差が生じる。これによって画素用電圧供給線内の電圧分布に偏りが生じることで、出力信号結果にバイアス不良やシェーディングが起き、正確な出力結果が得られないという問題があるが、先行文献1の赤外線固体撮像装置では配線のもつ抵抗値の差に対応したシェーディング抑圧の効果は得られない。また光学的無感度画素列と熱的無感度画素行と通常画素との温度特性の違いによって電圧分布の差が生じるという問題があった。   However, in such an infrared solid-state imaging device, a difference occurs in the resistance value of the wiring due to the step shape or finished shape of the generated wiring in the manufacturing process. As a result, the voltage distribution in the pixel voltage supply line is biased, which causes a problem that the output signal results in a bias failure or shading, and an accurate output result cannot be obtained. In the apparatus, the effect of shading suppression corresponding to the difference in resistance value of the wiring cannot be obtained. In addition, there is a problem that a difference in voltage distribution occurs due to a difference in temperature characteristics between the optical insensitive pixel column, the thermal insensitive pixel row, and the normal pixel.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、製造プロセスによる信号処理回路内の画素用電圧供給線と検出器アレイ内の列信号線との抵抗値の差を小さくするとともに、温度特性に影響されずに画素用電圧供給線と検出器アレイ内の列信号線との電圧分布を合わせることでバイアス不良やシェーディングを抑圧できる赤外線固体撮像装置を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the difference in resistance value between the pixel voltage supply line in the signal processing circuit and the column signal line in the detector array in the manufacturing process. At the same time, it is possible to obtain an infrared solid-state imaging device capable of suppressing bias failure and shading by matching the voltage distribution of the pixel voltage supply line and the column signal line in the detector array without being affected by the temperature characteristics.

この発明に係る赤外線固体撮像装置においては、断熱構造に覆われたpn接合ダイオードで構成された温度検知部を有する温度検出器が2次元配列された検出器アレイと、前記pn接合ダイオードの陽極を行毎に電気的に共通接続した複数の行選択線と、前記pn接合ダイオードの陰極を列毎に電気的に共通接続し列毎の終端に第一の定電流源を接続した複数の列信号線と、前記行選択線を順次選択し選択した当該行選択線と画素用電圧供給源とを画素用電圧供給線を介して電気的に接続する垂直走査回路と、前記第一の定電流源と略同一の電流量を供給する第二の定電流源と、前記列信号線を順次選択し選択した当該列信号線について前記第一の定電流源と前記第二の定電流源との両端電圧を前記列信号線毎に設けられた積分回路を介して出力する水平走査回路とを備えた赤外線固体撮像装置であって、前記垂直走査回路は、それぞれの前記行選択線に対応付けて分岐点をもち前記画素用電圧供給源と接続される画素用電圧供給線、及びそれぞれの前記分岐点と当該行選択線との間にスイッチおよび入力端と出力端との電位を等しくするバッファ手段を有するものであって、前記画素用電圧供給線は、隣接する前記分岐点の間ごとに前記温度検出器と略同一の構造からなるダミー検出器を一つずつ列方向に配列したダミー検出アレイを用いて、それぞれの前記ダミー検出器の一方の極を電気的に共通接続し他方の極を電気的に開放したもので構成するようにしたものであり、前記画素用電圧供給線の一方の端は第三の定電流源に接続し、もう一方の端は画素用電圧供給源に接続している。   In the infrared solid-state imaging device according to the present invention, a detector array in which two-dimensionally arranged temperature detectors each having a temperature detecting unit composed of a pn junction diode covered with a heat insulating structure are arranged, and an anode of the pn junction diode is provided. A plurality of column signals in which a plurality of row selection lines electrically connected in common for each row and a cathode of the pn junction diode are electrically connected in common for each column and a first constant current source is connected to the end of each column A vertical scanning circuit for electrically connecting the selected line selection line and the pixel voltage supply source via the pixel voltage supply line, and the first constant current source. A second constant current source for supplying substantially the same amount of current, and both ends of the first constant current source and the second constant current source for the column signal line selected and selected in sequence. Via an integration circuit provided for each column signal line An infrared solid-state imaging device including a horizontal scanning circuit that outputs a pixel voltage connected to the pixel voltage supply source having a branch point in association with each row selection line. A switch and a buffer means for equalizing the potentials of the input end and the output end between each of the branch points and the row selection line, wherein the pixel voltage supply line is adjacent to the supply line; Using a dummy detection array in which dummy detectors having substantially the same structure as the temperature detector are arranged in the column direction between the branch points, one pole of each dummy detector is electrically connected And one end of the pixel voltage supply line is connected to a third constant current source, and the other end is connected to the other constant electrode. Connect to pixel voltage supply There.

この発明は、画素用電圧供給線を温度検出器と同じ構造のダミー検出器を配列して電気的に共通接続して構成することで、検出器アレイの列信号線における温度検出器の画素ピッチごとの抵抗値と画素用電圧供給線におけるダミー検出器の画素ピッチごとの抵抗値との差を近づけ、さらにダミー検出器が有するpn接合ダイオードを電気的に開放し、前記画素用電圧供給線における当該行の分岐点での電位と選択された当該行の選択線端との電位を等しくするバッファ手段を設けることで、ダミー検出器が有するpn接合ダイオードによる電気特性の影響を受けない画素用電圧供給線の電圧分布を列信号線の電圧分布に合わせることが可能となるので、バイアス不良やシェーディングを抑制できる。
バッファ手段73が画素用電圧供給線74における当該行の分岐点での電位と当該行の選択線42端との電位を等しくする
According to the present invention, the pixel voltage supply line is formed by arranging dummy detectors having the same structure as the temperature detector and electrically connecting them in common, so that the pixel pitch of the temperature detector in the column signal line of the detector array The resistance value for each pixel and the resistance value for each pixel pitch of the dummy detector in the pixel voltage supply line are brought close to each other, and the pn junction diode of the dummy detector is electrically opened, and the pixel voltage supply line By providing buffer means for equalizing the potential at the branch point of the row and the selected line end of the selected row, the pixel voltage that is not affected by the electrical characteristics of the pn junction diode of the dummy detector Since the voltage distribution of the supply line can be matched with the voltage distribution of the column signal line, bias failure and shading can be suppressed.
The buffer means 73 equalizes the potential at the branch point of the row in the pixel voltage supply line 74 and the potential of the selection line 42 of the row.

この発明の実施の形態1にかかる赤外線固体撮像装置を示す図である。It is a figure which shows the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における温度検出器21を拡大した平面図である。It is the top view to which the temperature detector 21 in Embodiment 1 of this invention was expanded. 図2におけるA−A’方向の断面図である。It is sectional drawing of the A-A 'direction in FIG. この発明の実施の形態1にかかる赤外線固体撮像装置の電気回路の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric circuit of the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるバッファ手段を示す図である。It is a figure which shows the buffer means in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における積分回路の構成例を示すものである。1 shows a configuration example of an integrating circuit according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態2におけるダミー検出器31の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the dummy detector 31 in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態1にかかる赤外線固体撮像装置の電気回路の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric circuit of the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態3にかかる赤外線固体撮像装置の電気回路の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric circuit of the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3にかかる赤外線固体撮像装置の電気回路の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric circuit of the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4におけるバッファ手段を示す図である。It is a figure which shows the buffer means in Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5にかかる赤外線固体撮像装置の電気回路の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric circuit of the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6にかかる赤外線固体撮像装置の電気回路の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric circuit of the infrared solid-state imaging device concerning Embodiment 6 of this invention.

実施の形態1.
図1は、本実施の形態にかかる赤外線固体撮像装置である。本実施の形態にかかる赤外線固体撮像装置では、基板1上に温度検出器21を複数個配列した検出器アレイ2と、温度検出器21が出力した電気信号を処理して外部に出力する水平走査回路6及び垂直走査回路7が設けられている。温度検出器21と水平走査回路6とは列信号線41によって接続されており、温度検出器21と垂直走査回路7とは行選択線42によって接続されている。図1では検出器アレイ2が2画素×3画素、ダミー検出器アレイ3が2画素×1画素の場合を示したが、これ以外のアレイサイズも可能であることは言うまでもない。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an infrared solid-state imaging device according to the present embodiment. In the infrared solid-state imaging device according to the present embodiment, a detector array 2 in which a plurality of temperature detectors 21 are arranged on a substrate 1 and a horizontal scan for processing the electrical signals output from the temperature detectors 21 and outputting them to the outside. A circuit 6 and a vertical scanning circuit 7 are provided. The temperature detector 21 and the horizontal scanning circuit 6 are connected by a column signal line 41, and the temperature detector 21 and the vertical scanning circuit 7 are connected by a row selection line 42. Although FIG. 1 shows the case where the detector array 2 is 2 pixels × 3 pixels and the dummy detector array 3 is 2 pixels × 1 pixel, it goes without saying that other array sizes are possible.

図2は、本実施の形態における温度検出器21を拡大した平面図である。温度検出器21は、温度検知部211を二つの支持脚212によって中空に保持されており、それぞれの支持脚には配線層213があり、その配線層213の一方は列信号線41に電気的に接続され、配線層213の他方は行選択線42に電気的に接続されている。   FIG. 2 is an enlarged plan view of the temperature detector 21 in the present embodiment. In the temperature detector 21, the temperature detection unit 211 is held hollow by two support legs 212. Each support leg has a wiring layer 213, and one of the wiring layers 213 is electrically connected to the column signal line 41. The other of the wiring layers 213 is electrically connected to the row selection line 42.

図3は、図2におけるA−A’方向の断面図である。図3のように温度検出器21は、基板1の中央に凹部216を設け、断熱構造である温度検知部211にはその内層に二つの支持脚212のそれぞれから配線される二つの配線層213とpn接合ダイオード214が構成されている。ここでpn接合ダイオード214は少なくとも1つ以上が直列接続されたものであり、陽極端は行選択線42と、陰極端は列信号線41と電気的に接続される。   FIG. 3 is a cross-sectional view in the A-A ′ direction in FIG. 2. As shown in FIG. 3, the temperature detector 21 is provided with a recess 216 in the center of the substrate 1, and the temperature detection unit 211 having a heat insulating structure has two wiring layers 213 wired from the two support legs 212 on the inner layer thereof. A pn junction diode 214 is configured. Here, at least one or more pn junction diodes 214 are connected in series, and the anode end is electrically connected to the row selection line 42 and the cathode end is electrically connected to the column signal line 41.

ここで、温度検出器21の温度検出原理について述べる。赤外線固体撮像装置の撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ2内の温度検出器21に入射すると、温度検知部211の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じてpn接合ダイオード214の電気特性が変化する。この特性変化を用いて検出器アレイ2内のそれぞれの温度検出器21における電気特性を読み取ることで被写体の熱画像を得ることができる。基板1と温度検知部211は支持脚212によって接続しているので、支持脚212の熱コンダクタンスが小さいほど温度検知部211の温度変化が大きくなり、温度検出器21の温度感度が高くなる。   Here, the temperature detection principle of the temperature detector 21 will be described. When infrared rays emitted from a subject to be imaged by the infrared solid-state imaging device are incident on the temperature detector 21 in the detector array 2, the temperature of the temperature detection unit 211 rises. At this time, the electrical characteristics of the pn junction diode 214 change according to the temperature change. A thermal image of the subject can be obtained by reading the electrical characteristics of each temperature detector 21 in the detector array 2 using this characteristic change. Since the substrate 1 and the temperature detection unit 211 are connected by the support legs 212, the temperature change of the temperature detection unit 211 increases as the thermal conductance of the support legs 212 decreases, and the temperature sensitivity of the temperature detector 21 increases.

図4は、本実施の形態における赤外線固体撮像装置について、その電気回路の構成を示す概略構成図である。温度検出器21が2次元状に配列された検出器アレイ2を構成している。検出器アレイ2の各行には行選択線42が共通して接続され、各列には列信号線41が共通して接続されている。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an electric circuit of the infrared solid-state imaging device according to the present embodiment. A temperature detector 21 constitutes a detector array 2 in which the temperature detector 21 is two-dimensionally arranged. A row selection line 42 is commonly connected to each row of the detector array 2, and a column signal line 41 is commonly connected to each column.

水平走査回路6は第一の定電流源51と第二の定電流源52と二つの入力端を有する積分回路62とが列ごとに設けられ、第一の定電流源51の一方は接地され他方は当該列の列信号線41の一端と当該列の積分回路62の一方の入力端と接続されている。第二の定電流源52の一方は接地され他方は当該列の当該列の積分回路62の他方の入力端と接続されている。また全列の積分回路62の他方の入力端は共通接続されている。ここで第二の定電流源52は、第一の定電流源51と略同一の電流を流すものである。   In the horizontal scanning circuit 6, a first constant current source 51, a second constant current source 52, and an integration circuit 62 having two input terminals are provided for each column, and one of the first constant current sources 51 is grounded. The other is connected to one end of the column signal line 41 of the column and one input end of the integration circuit 62 of the column. One of the second constant current sources 52 is grounded, and the other is connected to the other input terminal of the integration circuit 62 of the column in the column. Further, the other input terminals of the integrating circuits 62 of all the columns are connected in common. Here, the second constant current source 52 flows substantially the same current as the first constant current source 51.

さらにそれぞれの積分回路62の出力端子は各列に設けられたスイッチ63を介して共通接続されており、この接続線が赤外線固体撮像装置の出力端子8となる。この各列のスイッチ63のそれぞれは水平走査手段61に接続されている。ここで水平走査手段61は列方向に順次走査選択して該当列のスイッチ63を短絡するように制御するものである。   Further, the output terminals of the respective integrating circuits 62 are commonly connected via switches 63 provided in each column, and this connection line becomes the output terminal 8 of the infrared solid-state imaging device. Each of the switches 63 in each column is connected to the horizontal scanning means 61. Here, the horizontal scanning means 61 controls to sequentially scan in the column direction and short-circuit the switches 63 in the corresponding column.

垂直走査回路7は、垂直走査手段71と、それぞれの行選択線42に対応付けたスイッチ72及びバッファ手段73と、列信号線41と略並行に配線された画素用電圧供給線74で構成されている。ここで、画素用電圧供給線74は、一方端に第一の定電流源51と略同一の電流を流す第三の定電流源53が接続され、他方端9から画素用電圧供給源(図示せず)から画素用電圧が供給される。また画素用電圧供給線74は、それぞれの行選択線42の位置に対応付けて分岐した配線が当該行のスイッチ72およびバッファ手段73を介して行選択線42のそれぞれと接続される。垂直走査手段71は行方向に順次走査選択して該当行のスイッチ72を短絡するように制御するものである。   The vertical scanning circuit 7 includes a vertical scanning unit 71, a switch 72 and a buffer unit 73 associated with each row selection line 42, and a pixel voltage supply line 74 wired substantially in parallel with the column signal line 41. ing. Here, the pixel voltage supply line 74 is connected to one end of a third constant current source 53 that supplies substantially the same current as the first constant current source 51, and the pixel voltage supply source (see FIG. A pixel voltage is supplied from (not shown). The pixel voltage supply line 74 is connected to each row selection line 42 via a switch 72 and a buffer means 73 of the row corresponding to a branch line corresponding to the position of each row selection line 42. The vertical scanning means 71 controls to sequentially select the scanning in the row direction and to short-circuit the switch 72 in the corresponding row.

この画素用電圧供給線74は、それぞれの行選択線42の位置に対応付けられた分岐点の間ごとに一つのダミー検出器31が配列したダミー検出器アレイ3を設け、そのダミー検出器31の一方の極を共通接続して構成されたものである。また、ダミー検出器31の他方の極は電気的に開放されている。ここでダミー検出器31は、構造が温度検出器21と同じかもしくは同様であるが、温度変化に応じて電気特性の変わる温度検知部との接続が切断された構成のものである。   The pixel voltage supply line 74 is provided with a dummy detector array 3 in which one dummy detector 31 is arranged between the branch points associated with the position of each row selection line 42. One of the poles is commonly connected. The other pole of the dummy detector 31 is electrically open. Here, the dummy detector 31 is the same as or similar in structure to the temperature detector 21, but has a configuration in which the connection with the temperature detection unit whose electrical characteristics change according to the temperature change is cut off.

図5は、本実施の形態におけるバッファ手段73の構成例を示す図である。図5(a)は差動増幅器731の出力端子と負極性入力端子を短絡したボルテージホロワ回路で構成されたもので、差動増幅器731の入力である画素用電圧供給線74の分岐点と当該差動増幅器731の出力である当該行選択線との電位を等しくするものである。図5(b)は、図5(a)の差動増幅器731の出力端子に、ソース接地回路を付加したものである。差動増幅器731の電流供給能力が低い場合でも、ソース接地回路が電流を増幅するので、後段の回路へ十分な電流を供給できる。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the buffer means 73 in the present embodiment. FIG. 5A is a voltage follower circuit in which the output terminal and the negative input terminal of the differential amplifier 731 are short-circuited. The branch point of the pixel voltage supply line 74 that is the input of the differential amplifier 731 is shown in FIG. The potentials of the differential amplifier 731 and the row selection line are equalized. FIG. 5B is obtained by adding a source grounding circuit to the output terminal of the differential amplifier 731 in FIG. Even when the current supply capability of the differential amplifier 731 is low, the grounded source circuit amplifies the current, so that a sufficient current can be supplied to the subsequent circuit.

図6は積分回路62の構成例を示すものであり、図6(a)に示す積分回路62は、差動電圧電流変換アンプ621に入力された二つの入力信号の差を電流に変換し、周期的にリセットスイッチ623によって所定の電圧にリセットされる積分容量622によって積分するもので、積分後の出力をサンプルホールド用トランジスタとサンプルホールド容量から成るサンプリングホールド回路624でサンプリングしてバッファ625を介して出力されるように構成されるものである。ここで差動電圧電流変換アンプ621は、負帰還なしの状態で接続されており、その出力インピーダンスと積分容量622のキャパシタンスとの積(=時定数)が積分時間の5倍以上となるように設定されている。   FIG. 6 shows a configuration example of the integrating circuit 62. The integrating circuit 62 shown in FIG. 6A converts the difference between two input signals input to the differential voltage-current conversion amplifier 621 into a current, The integration is performed by an integration capacitor 622 that is periodically reset to a predetermined voltage by a reset switch 623. The integrated output is sampled by a sampling and holding circuit 624 including a sample and hold transistor and a sample and hold capacitor. Are configured to be output. Here, the differential voltage-current conversion amplifier 621 is connected without negative feedback, and the product (= time constant) of its output impedance and the capacitance of the integration capacitor 622 is at least five times the integration time. Is set.

一方、図6(b)に示す積分回路62は、負帰還をする差動アンプ626を用いて差動増幅を行い、差動アンプ627を用いて周期的にリセットスイッチ623によってリセットされる積分容量622に積分をして積分後の出力をサンプリングホールド回路624でサンプリングしてバッファ625を介して出力されるように構成されるものである。ここで示した図6(a)のように負帰還をしない状態の差動電圧電流変換アンプ621を用いて構成する方が図6(b)のような積分回路よりも簡単な回路構成で構成することが可能になり、さらに回路規模においても小さく構成できるという効果を奏する。   On the other hand, the integration circuit 62 shown in FIG. 6B performs differential amplification using the differential amplifier 626 that performs negative feedback, and is periodically reset by the reset switch 623 using the differential amplifier 627. The integration is performed at 622, and the output after integration is sampled by the sampling hold circuit 624 and output through the buffer 625. The configuration using the differential voltage-current conversion amplifier 621 without negative feedback as shown in FIG. 6A is configured with a simpler circuit configuration than the integration circuit as shown in FIG. 6B. It is possible to achieve this, and the circuit scale can be reduced.

次に動作について詳細に説明する。
垂直走査回路7は垂直走査手段71によって行方向に順次走査選択して該当行のスイッチ72を短絡するように制御する。これによって該当行の行選択線は画素用電圧供給源とバッファ手段73を介して接続される。次に水平走査回路6は水平走査手段61によって列方向に順次走査選択して該当列のスイッチ63を短絡するように制御する。これによってそれぞれの列信号線は、該当行でかつ該当列の温度検出器21における電気特性の変化に依存した特性をもち、当該列の積分回路62に入力される。ここで当該列の積分回路62によって電圧変動を積分及び増幅され、水平走査手段61によって選択された列ごとに赤外線固体撮像装置の出力端子8へ出力される。この動作を行方向に走査して順次行うことで被写体の熱画像を得ることができる。
Next, the operation will be described in detail.
The vertical scanning circuit 7 performs scanning selection in the row direction by the vertical scanning means 71 and controls the switches 72 in the corresponding row to be short-circuited. As a result, the row selection line of the corresponding row is connected to the pixel voltage supply source via the buffer means 73. Next, the horizontal scanning circuit 6 controls the horizontal scanning means 61 to sequentially scan in the column direction and short-circuit the switches 63 in the corresponding column. As a result, each column signal line has a characteristic depending on a change in electrical characteristics in the temperature detector 21 of the corresponding column and the corresponding column, and is input to the integration circuit 62 of the column. Here, the voltage fluctuation is integrated and amplified by the integration circuit 62 of the column, and is output to the output terminal 8 of the infrared solid-state imaging device for each column selected by the horizontal scanning unit 61. A thermal image of the subject can be obtained by sequentially performing this operation in the row direction.

次に、赤外線固体撮像装置の素子出力端子8に発生する電圧について述べる。   Next, voltage generated at the element output terminal 8 of the infrared solid-state imaging device will be described.

画素用電圧供給線74におけるダミー検出器31の1画素ピッチあたりの抵抗をRb、行選択線42における温度検出器21の1画素ピッチあたりの抵抗をRd、列信号線41における温度検出器21の1画素ピッチあたりの抵抗をRs、m行n列目の画素におけるpn接合ダイオード214の電圧をVf(m,n)、および、定電流源51、52、53の定電流をIcとする。ここで検出器アレイ2はM行×N列の2次元配列であって、mはそのM行のうちの任意の行を示しnはそのN列のうちの任意の列を示すものである。   The resistance per pixel pitch of the dummy detector 31 in the pixel voltage supply line 74 is Rb, the resistance per pixel pitch of the temperature detector 21 in the row selection line 42 is Rd, and the resistance of the temperature detector 21 in the column signal line 41 is Rd. The resistance per pixel pitch is Rs, the voltage of the pn junction diode 214 in the pixel in the m-th row and the n-th column is Vf (m, n), and the constant currents of the constant current sources 51, 52, and 53 are Ic. Here, the detector array 2 is a two-dimensional array of M rows × N columns, where m represents an arbitrary row of the M rows and n represents an arbitrary column of the N columns.

このとき、M行×N列の検出器アレイ2において、m行n列目の温度検出器21における画素用電圧供給源から積分回路62の一方の入力端子までの電圧降下Vは、以下の(1)式で表される。 At this time, in the M-row × N-column detector array 2, the voltage drop V + from the pixel voltage supply source to one input terminal of the integration circuit 62 in the temperature detector 21 in the m-th row and n-th column is as follows: It is represented by the formula (1).

Figure 2012004879
これはバッファ手段73が画素用電圧供給線74における当該行の分岐点での電位と当該行の選択線42端との電位を等しくするものであるため、画素用電圧供給線74には第三の定電流源53による電流Icだけが流れ、行選択線42への電流をバッファ手段73がせき止めていることによる効果である。
Figure 2012004879
This is because the buffer means 73 equalizes the potential at the branch point of the row of the pixel voltage supply line 74 and the potential of the selection line 42 end of the row. This is because only the current Ic from the constant current source 53 flows and the buffer unit 73 blocks the current to the row selection line 42.

ここで、基準電圧供給線64の1画素ピッチあたりの抵抗が、行選択線42の1画素ピッチあたりの抵抗Rdに等しいとすれば、n列目について、基準電圧供給線64の端子から供給される基準電圧から積分回路62のもう一方の入力端子までの電圧降下Vは、以下の(2)式で表される。 Here, if the resistance per pixel pitch of the reference voltage supply line 64 is equal to the resistance Rd per pixel pitch of the row selection line 42, the nth column is supplied from the terminal of the reference voltage supply line 64. A voltage drop V from the reference voltage to the other input terminal of the integration circuit 62 is expressed by the following equation (2).

Figure 2012004879
(1)式と(2)式より、電圧V−Vは、以下の(3)式で表される。
Figure 2012004879
From the expressions (1) and (2), the voltage V + -V is expressed by the following expression (3).

Figure 2012004879
素子出力端子8に発生する電圧は、電圧V−Vを積分回路62の利得倍したものである。電圧V−Vがpn接合ダイオード214の電圧Vf(m,n)だけで決まるためには、n列目にある全ての温度検出器21において、以下の(4)式を満たすことであり、これを満たすときは、列信号線41と画素用電圧供給線74の電圧分布は同じになる。
Figure 2012004879
The voltage generated at the element output terminal 8 is the voltage V + −V multiplied by the gain of the integrating circuit 62. In order for the voltage V + −V − to be determined only by the voltage Vf (m, n) of the pn junction diode 214, all the temperature detectors 21 in the nth column must satisfy the following expression (4). When this is satisfied, the voltage distribution of the column signal line 41 and the pixel voltage supply line 74 is the same.

Figure 2012004879
また、n列目にある全ての温度検出器21において、(4)式が成立するためには、以下の(5)式であればよい。
Figure 2012004879
Further, in order to hold the equation (4) in all the temperature detectors 21 in the n-th column, the following equation (5) may be used.

Figure 2012004879
このように、本発明の画素用電圧供給線74は、構造が温度検出器21と同じかもしくは同様であるダミー検出器31を用いて共通配線したものであるため、画素用電圧供給線74の1画素ピッチあたりの抵抗Rbと列信号線41の1画素ピッチあたりの抵抗Rsは略同一の抵抗値であることから、(5)式を満たすこととなり、すなわち電圧V−Vがpn接合ダイオード214の電圧Vf(m,n)だけで決まる。
Figure 2012004879
Thus, the pixel voltage supply line 74 of the present invention is a common wiring using the dummy detector 31 having the same structure as or similar to that of the temperature detector 21. Since the resistance Rb per pixel pitch and the resistance Rs per pixel pitch of the column signal line 41 have substantially the same resistance value, the expression (5) is satisfied, that is, the voltage V + -V is a pn junction. It is determined only by the voltage Vf (m, n) of the diode 214.

以上のことから、本実施の形態における赤外線固体撮像装置においては、画素用電圧供給線74を温度検出器21と同じ構造のダミー検出器31を配列して電気的に共通接続して構成することで検出器アレイ2の列信号線41における温度検出器21の画素ピッチごとの抵抗値と画素用電圧供給線74におけるダミー検出器31の画素ピッチごとの抵抗値との差を近づけることができ、さらにダミー検出器31が有するpn接合ダイオードを電気的に開放し前記画素用電圧供給線74における当該行の分岐点での電位と選択された当該行選択線42端との電位を等しくするバッファ手段73を設けることで、温度検出器21とダミー検出器31との温度特性が異なった場合にあっても、ダミー検出器31が有するpn接合ダイオードによる電気特性の影響を受けない画素用電圧供給線74の電圧分布を得ることが可能となり、バッファ手段73によってこの電圧分布に列信号線41の電圧分布を合わせることが可能となるので、バイアス不良やシェーディングを抑制できるという顕著な効果を奏する。   From the above, in the infrared solid-state imaging device according to the present embodiment, the pixel voltage supply line 74 is configured by arranging the dummy detectors 31 having the same structure as the temperature detector 21 and electrically connecting them in common. Thus, the difference between the resistance value for each pixel pitch of the temperature detector 21 in the column signal line 41 of the detector array 2 and the resistance value for each pixel pitch of the dummy detector 31 in the pixel voltage supply line 74 can be made closer. Further, the pn junction diode of the dummy detector 31 is electrically opened to make the potential at the branch point of the row of the pixel voltage supply line 74 equal to the potential of the selected row selection line 42 end. 73 is provided, even when the temperature characteristics of the temperature detector 21 and the dummy detector 31 are different, the electric power generated by the pn junction diode of the dummy detector 31 is provided. The voltage distribution of the pixel voltage supply line 74 that is not affected by the characteristics can be obtained, and the voltage distribution of the column signal line 41 can be matched with this voltage distribution by the buffer means 73. There is a remarkable effect that can be suppressed.

バッファ手段73として、例えば、図5に示す差動増幅器731の出力端子と負極性入力端子を短絡したボルテージホロワ回路などを使用できる。   As the buffer means 73, for example, a voltage follower circuit in which the output terminal and the negative input terminal of the differential amplifier 731 shown in FIG.

参考までにバッファ手段73のない構成の場合を説明する。M行×N列の検出器アレイ2において、m行n列目の温度検出器21における画素用電圧供給源から積分回路62の一方の入力端子までの電圧降下Vは、以下の(6)式で表される。 For reference, a case where the buffer means 73 is not provided will be described. In the M-row × N-column detector array 2, the voltage drop V + from the pixel voltage supply source to one input terminal of the integration circuit 62 in the m-th row and n-th column temperature detector 21 is expressed by the following (6). It is expressed by a formula.

Figure 2012004879
この場合の電圧V−Vは(6)式と(2)式より(7)式で表される
Figure 2012004879
In this case, the voltage V + −V is expressed by equation (7) from equations (6) and (2).

Figure 2012004879
従って、電圧V−Vがpn接合ダイオード214の電圧Vf(m,n)だけで決まるためには、n列目にある全ての温度検出器21において、以下の(8)式を満たす必要がある。
Figure 2012004879
Therefore, in order for the voltage V + −V − to be determined only by the voltage Vf (m, n) of the pn junction diode 214, all the temperature detectors 21 in the nth column must satisfy the following equation (8). There is.

Figure 2012004879
n列目にある全ての温度検出器21において、(8)式が成立するためには、以下の(9)式であればよい。
Figure 2012004879
In all the temperature detectors 21 in the n-th column, the following equation (9) may be used in order to establish the equation (8).

Figure 2012004879
(9)式から明らかなように、バッファ手段73がなければ、電圧V−Vがpn接合ダイオード214の電圧Vf(m,n)だけで決まるためには、画素用電圧供給線74の1画素ピッチあたりの抵抗Rbと該列信号線41の1画素ピッチあたりの抵抗Rsとを同じ寸法、構造、または、材質では問題があるため、寸法、構造、または、材質を変える必要があった。さらに、検出器アレイ2の列数を変えると、画素用電圧供給線74と検出器アレイ2の列信号線41の抵抗値を見直す必要があることが明らかである。
Figure 2012004879
As apparent from the equation (9), if the buffer means 73 is not provided, the voltage V + −V can be determined only by the voltage Vf (m, n) of the pn junction diode 214. Since the resistance Rb per pixel pitch and the resistance Rs per pixel pitch of the column signal line 41 have a problem with the same size, structure, or material, it is necessary to change the size, structure, or material. . Further, when the number of columns of the detector array 2 is changed, it is apparent that the resistance values of the pixel voltage supply line 74 and the column signal line 41 of the detector array 2 need to be reviewed.

図7に示すように、さらに第三の定電流源53に一番近いダミー検出器31と第三の定電流源53との間に温度検出器21にあるpn接合ダイオード214と同じインピーダンスを持つものを設けると、画素用電圧供給源からバッファ手段73、スイッチ72、及び温度検出器21を介して積分回路62までの電圧降下と、画素用電圧供給源から画素用電圧供給線74を介して第三の定電流源53までの電圧降下との差がより等しくなるため、望ましい。これは第三の定電流源53に一番近いダミー検出器31のpn接合ダイオードを介して陰極を第三の定電流源53を接続することで実現しても同様の効果を得るとしても構わない。   As shown in FIG. 7, the dummy detector 31 closest to the third constant current source 53 and the third constant current source 53 have the same impedance as that of the pn junction diode 214 in the temperature detector 21. If a device is provided, a voltage drop from the pixel voltage supply source to the integrating circuit 62 via the buffer means 73, the switch 72, and the temperature detector 21, and from the pixel voltage supply source via the pixel voltage supply line 74. This is desirable because the difference from the voltage drop to the third constant current source 53 becomes more equal. Even if this is realized by connecting the cathode to the third constant current source 53 via the pn junction diode of the dummy detector 31 closest to the third constant current source 53, the same effect may be obtained. Absent.

実施の形態2.
実施の形態1におけるダミー検出器31は、温度検出器21と略同一の構造を有し、ダミー検出器31を配列してそれぞれのダミー検出器31の一方の極を共通配線することで画素用電圧供給線74を形成していたが、ダミー検出器31は温度検知部および支持脚を構成しない構造であっても所期の目的は達成する。
Embodiment 2. FIG.
The dummy detector 31 in the first embodiment has substantially the same structure as the temperature detector 21, and the dummy detectors 31 are arranged and one pole of each dummy detector 31 is commonly wired. Although the voltage supply line 74 is formed, the dummy detector 31 achieves the intended purpose even if the dummy detector 31 has a structure that does not constitute a temperature detection unit and a support leg.

図8は、本実施の形態におけるダミー検出器31の構成例を示す図であり、図8(a)は、本実施の形態におけるダミー検出器31の1例を示すダミー検出器31の側面図であり、図8(b)は、本実施の形態におけるダミー検出器31の2例を示すダミー検出器31の上面からの図である。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the dummy detector 31 in the present embodiment, and FIG. 8A is a side view of the dummy detector 31 showing an example of the dummy detector 31 in the present embodiment. FIG. 8B is a diagram from the top of the dummy detector 31 showing two examples of the dummy detector 31 in the present embodiment.

本実施の形態では、図8(a)のようにダミー検出器31の支持脚にて中空保持される温度検知部の内部にpn接合ダイオードを省いた構成にすることによって、環境温度が変化したときに、温度検出器21とダミー検出器31との温度特性が異なったとしても、ダミー検出器31には温度に依存して電気特性を変動させるものがないため画素用電圧供給線74の電圧分布が環境温度に依存した電気特性の影響を受けないので、列信号線41と画素用電圧供給線74の電圧分布は環境温度に依存しない電圧分布に等しくなる。   In this embodiment, as shown in FIG. 8A, the environmental temperature is changed by adopting a configuration in which the pn junction diode is omitted inside the temperature detection unit that is held hollow by the support leg of the dummy detector 31. Sometimes, even if the temperature characteristics of the temperature detector 21 and the dummy detector 31 are different, the dummy detector 31 has nothing to change the electrical characteristics depending on the temperature, so the voltage of the pixel voltage supply line 74 Since the distribution is not affected by the electrical characteristics depending on the environmental temperature, the voltage distribution of the column signal line 41 and the pixel voltage supply line 74 is equal to the voltage distribution independent of the environmental temperature.

以上により本実施の形態における赤外線固体撮像装置は、環境温度に対する影響をより抑圧した赤外線撮像結果を得ることが出来る。   As described above, the infrared solid-state imaging device according to the present embodiment can obtain an infrared imaging result in which the influence on the environmental temperature is further suppressed.

また、図8(b)のようにダミー検出器31から支持脚と温度検知部とを省いた構成にした場合も同様の効果を得られることはいうまでもない。   Further, it goes without saying that the same effect can be obtained even when the supporting leg and the temperature detecting unit are omitted from the dummy detector 31 as shown in FIG. 8B.

実施の形態3.
実施の形態1および実施の形態2ではダミー検出アレイは1列の配列で構成されていたが、実施の形態3ではダミー検出アレイを2次元配列した構成による赤外線固体撮像装置を示す。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment and the second embodiment, the dummy detection array is configured in a single-row arrangement, but in the third embodiment, an infrared solid-state imaging device having a configuration in which the dummy detection arrays are two-dimensionally arranged is shown.

図9は、実施の形態3における赤外線固体撮像装置について、その電気回路の構成を示す概略構成図である。本実施の形態における特徴であるダミー検出器アレイ以外で、実施の形態1または実施の形態2と同じ符号の構成要素に関しては構造もしくは構成および動作は実施の形態1又は2と同様である為、ここでは詳細な説明は本実施の形態での特徴であるダミー検出器アレイについてのみ行う。   FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an electric circuit of the infrared solid-state imaging device according to the third embodiment. Except for the dummy detector array, which is a feature of the present embodiment, the structure, configuration, and operation of components having the same reference numerals as those in the first embodiment or the second embodiment are the same as those in the first or second embodiment. Here, detailed description will be made only for the dummy detector array, which is a feature of the present embodiment.

本実施の形態における赤外線固体撮像装置のダミー検出器アレイ3は3列以上の複数行に配列し、内側の列のダミー検出器について一方の極を共通接続することで画素用電圧供給線74を構成する。   The dummy detector array 3 of the infrared solid-state imaging device according to the present embodiment is arranged in a plurality of rows of three or more columns, and the pixel voltage supply line 74 is connected by commonly connecting one pole of the dummy detectors in the inner column. Constitute.

ここで、検出器アレイの中央部と外周部では、エッチング時にパターンの疎密に起因したバラツキが発生することを考える。実施の形態1および2ではダミー検出器アレイ3が複数行1列配列であるため、検出器アレイ2の列信号線41は中央部、ダミー検出器アレイ3の画素用電圧供給線74は外周部に相当し、配線構造ひいては抵抗値に若干の差異が残る。これに対して、本発明における赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ3が複数行3列配列であるため、検出器アレイ2の列信号線41、および、ダミー検出器アレイ3の画素用電圧供給線74ともに中央部に相当し、配線構造ひいては抵抗値の差異が小さくなる。   Here, it is considered that variations due to pattern density occur at the time of etching in the central portion and the outer peripheral portion of the detector array. In the first and second embodiments, since the dummy detector array 3 is arranged in a plurality of rows and one column, the column signal line 41 of the detector array 2 is the central portion, and the pixel voltage supply line 74 of the dummy detector array 3 is the outer peripheral portion. And a slight difference remains in the wiring structure and the resistance value. On the other hand, in the infrared solid-state imaging device according to the present invention, since the dummy detector array 3 has a plurality of rows and three columns, the column signal line 41 of the detector array 2 and the pixel voltage of the dummy detector array 3 are used. Both of the supply lines 74 correspond to the central portion, and the wiring structure and thus the difference in resistance value is reduced.

以上のことより、本実施の形態のように3列に配列したダミー検出器アレイの中央列のダミー検出器を用いて画素用電圧供給線74を構成することで、検出器アレイ2のうち外側列以外の列信号線41とダミー検出器アレイ3の画素用電圧供給線74との構造は、実施の形態1および2よりも合同に近づき、抵抗値がより等しい値に近づくので、(5)式により近似される。そのため、画素用電圧供給線74と検出器アレイ2の列信号線41では、寸法、構造、または、材質が同一でよい。さらに、検出器アレイ2の列数を変えても、画素用電圧供給線74と検出器アレイ2の列信号線41の抵抗値を見直す必要がない。   As described above, the pixel voltage supply line 74 is configured using the dummy detectors in the center column of the dummy detector array arranged in three columns as in the present embodiment, so that the outer side of the detector array 2 The structures of the column signal lines 41 other than the columns and the pixel voltage supply lines 74 of the dummy detector array 3 are more congruent than those of the first and second embodiments, and the resistance values are closer to the same value. (5) It is approximated by the formula. Therefore, the pixel voltage supply line 74 and the column signal line 41 of the detector array 2 may have the same size, structure, or material. Furthermore, even if the number of columns of the detector array 2 is changed, it is not necessary to review the resistance values of the pixel voltage supply line 74 and the column signal line 41 of the detector array 2.

ここでダミー検出器が実施の形態2におけるダミー検出器の構造であっても、ダミー検出器アレイが3列以上の複数行で画素用電圧供給線74を構成するダミー検出器の該当列が外側の列でなければよいことは自明である。   Here, even if the dummy detector has the structure of the dummy detector in the second embodiment, the corresponding column of the dummy detectors in which the dummy detector array constitutes the pixel voltage supply line 74 in a plurality of rows of three or more columns is outside. It is self-evident that it is not necessary to have a sequence of

図10に示すように、さらに該当列であって第三の定電流源53に一番近いダミー検出器31と第三の定電流源53との間に温度検出器21にあるpn接合ダイオード214と同じインピーダンスを持つものを設けると、画素用電圧供給源からバッファ手段73、スイッチ72、及び温度検出器21を介して積分回路62までの電圧降下と、画素用電圧供給源から画素用電圧供給線74を介して第三の定電流源53までの電圧降下との差がより等しくなるため、望ましい。これは該当列であって第三の定電流源53に一番近いダミー検出器31のpn接合ダイオードを介して陰極を第三の定電流源53を接続することで実現しても同様の効果を得るとしても構わない。   As shown in FIG. 10, the pn junction diode 214 in the temperature detector 21 is further between the dummy detector 31 and the third constant current source 53 that are in the corresponding column and closest to the third constant current source 53. Is provided, the voltage drop from the pixel voltage supply source to the integrating circuit 62 via the buffer means 73, the switch 72, and the temperature detector 21, and the pixel voltage supply from the pixel voltage supply source. This is desirable because the difference from the voltage drop through line 74 to the third constant current source 53 is more equal. Even if this is realized by connecting the third constant current source 53 to the cathode via the pn junction diode of the dummy detector 31 closest to the third constant current source 53 in the corresponding column, the same effect is obtained. You don't mind getting.

実施の形態4.
図11は、実施の形態4にかかる赤外線固体撮像装置のバッファ手段73を示す図である。本実施の形態での特徴はバッファ手段73の構成であり、上述の実施の形態と同じ符号の構成要素に関しては構造もしくは構成および動作は同様である為、ここでは詳細な説明は本実施の形態での特徴であるバッファ手段73についてのみ行う。図11(a)はバッファ734とバッファ用電源732との間にスイッチ735を設けている。このスイッチ735は必要な期間のみバッファ734とバッファ734用の電源732とを短絡させるように制御される。一方、図11(b)はバッファ734とバッファ734用の接地電位との間にスイッチ736を設けている。このスイッチ736も必要な期間のみバッファ734とバッファ734用の接地電位とを短絡させるように制御される。スイッチ735またはスイッチ736は、垂直走査回路7におけるスイッチ72と同期して、短絡制御される。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating the buffer unit 73 of the infrared solid-state imaging device according to the fourth embodiment. The feature of this embodiment is the configuration of the buffer means 73, and the structure, configuration, and operation of the components having the same reference numerals as those of the above-described embodiment are the same. This is performed only for the buffer means 73 which is the feature of the above. In FIG. 11A, a switch 735 is provided between the buffer 734 and the buffer power source 732. The switch 735 is controlled to short-circuit the buffer 734 and the power source 732 for the buffer 734 only for a necessary period. On the other hand, in FIG. 11B, a switch 736 is provided between the buffer 734 and the ground potential for the buffer 734. The switch 736 is also controlled so as to short-circuit the buffer 734 and the ground potential for the buffer 734 only during a necessary period. The switch 735 or the switch 736 is short-circuit controlled in synchronization with the switch 72 in the vertical scanning circuit 7.

このように上述の実施の形態のバッファ手段を本実施の形態の特徴であるバッファ手段を用いることで、それぞれのバッファ手段73に定常電流が流れる期間を制限することが出来るため、消費電力を低減することが可能である。   As described above, by using the buffer means which is a feature of this embodiment as the buffer means of the above-described embodiment, it is possible to limit the period during which a steady current flows in each buffer means 73, thereby reducing power consumption. Is possible.

実施の形態5.
図12は、実施の形態5における赤外線固体撮像装置について、その電気回路の構成を示す概略構成図である。本実施の形態での特徴はバッファ手段75の構成であり、上述の実施の形態と同じ符号の構成要素に関しては構造もしくは構成および動作は同様である為、ここでは詳細な説明は本実施の形態での特徴であるバッファ手段75についてのみ行う。行ごとに設けられたバッファ手段75は、NPN型バイポーラトランジスタから成るエミッタホロワ回路で構成され、それぞれのエミッタホロワ回路のベース端子が画素用電圧供給線74に接続され、それぞれのエミッタホロワ回路のコレクタ端子が共通接続されてコレクタ電圧供給線76を構成する。またそれぞれのエミッタホロワ回路のエミッタ端子が当該行のスイッチ72を介して当該行の行選択線42に接続されている。画素用電圧供給線74に流れる電流を該NPN型バイポーラトランジスタの電流増幅率hFE倍して、行選択線42へ供給する。該エミッタホロワ回路のエミッタ電極には、N列の定電流源51による電流NIcが流れるので、電流増幅率hFEについて(10)式が成立するとき、該エミッタホロワ回路のベース電極に接続する画素用電圧供給線74には電流Icが流れる。このとき、コレクタ電圧供給線76には電流(N−1)・Icが流れる。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an electric circuit of the infrared solid-state imaging device according to the fifth embodiment. The feature of the present embodiment is the configuration of the buffer means 75, and the structure, configuration and operation of the components having the same reference numerals as those of the above-described embodiment are the same. This is performed only for the buffer means 75 which is a feature of the above. The buffer means 75 provided for each row is composed of an emitter follower circuit composed of an NPN-type bipolar transistor, the base terminal of each emitter follower circuit is connected to the pixel voltage supply line 74, and the collector terminal of each emitter follower circuit is common. The collector voltage supply line 76 is connected. The emitter terminal of each emitter follower circuit is connected to the row selection line 42 of the row via the switch 72 of the row. The current flowing through the pixel voltage supply line 74 is multiplied by the current amplification factor h FE of the NPN bipolar transistor and supplied to the row selection line 42. The The emitter electrode of the emitter follower circuit, the current flows NIc by constant current source 51 of the N columns, when the current amplification factor h FE is (10) holds, the voltage for pixels connected to the base electrode of the emitter-follower circuit A current Ic flows through the supply line 74. At this time, current (N−1) · Ic flows through the collector voltage supply line 76.

Figure 2012004879
一般的には、バイポーラトランジスタの電流増幅率hFEは大きくばらつくため、検出器アレイ2の各行に配置したエミッタホロワ回路20の電流増幅率hFEを均一に、かつ、式(10)を満たすように製造することは、困難である。しかし、近年の半導体デバイス製造技術の向上により可能となってきている。
Figure 2012004879
In general, since the large variation current amplification factor h FE of the bipolar transistor, a uniform current amplification factor h FE of the emitter follower circuit 20 arranged in each row of the detector array 2 and to satisfy equation (10) It is difficult to manufacture. However, this has become possible due to recent improvements in semiconductor device manufacturing technology.

画素用電圧供給線74には電流Icが流れるため、画素用電圧供給源から積分回路62の一方の入力端子までの電圧降下Vは、実施の形態1と同様に、(1)式で表される。また、n列目について、基準電圧供給源から積分回路62のもう一方の入力端子までの電圧降下Vは、従来と同様に、(6)式で表される。よって、(1)式と(6)式より、電圧V−Vは、実施の形態1と同様に、(3)式で表される。 Since the current Ic flows through the pixel voltage supply line 74, the voltage drop V + from the pixel voltage supply source to one input terminal of the integration circuit 62 is expressed by equation (1), as in the first embodiment. Is done. For the n-th column, the voltage drop V from the reference voltage supply source to the other input terminal of the integrating circuit 62 is expressed by equation (6) as in the conventional case. Therefore, the voltage V + −V is expressed by the expression (3) as in the first embodiment from the expressions (1) and (6).

以上より、上述の実施の形態のバッファ手段を本実施の形態の特徴であるNPN型バイポーラトランジスタから成るエミッタホロワ回路で構成しても、所定の目的を達成することは言うまでもない。   From the above, it is needless to say that the predetermined object can be achieved even if the buffer means of the above-described embodiment is constituted by an emitter follower circuit composed of an NPN-type bipolar transistor which is a feature of this embodiment.

実施の形態6.
実施の形態5はバッファ手段をNPN型バイポーラトランジスタから成るエミッタホロワ回路で構成していたがPNP型バイポーラトランジスタから成るエミッタホロワ回路でも構成は可能である。
Embodiment 6 FIG.
In the fifth embodiment, the buffer means is composed of an emitter follower circuit composed of an NPN type bipolar transistor. However, the buffer means can also be composed of an emitter follower circuit composed of a PNP type bipolar transistor.

図13は、実施の形態6における赤外線固体撮像装置について、その電気回路の構成を示す概略構成図である。本実施の形態での特徴はバッファ手段77の構成であり、上述の実施の形態と同じ符号の構成要素に関しては構造もしくは構成および動作は同様である為、ここでは詳細な説明は本実施の形態での特徴であるバッファ手段77についてのみ行う。行ごとに設けられたバッファ手段77は、PNP型バイポーラトランジスタから成るエミッタホロワ回路で構成され、それぞれのエミッタホロワ回路のベース端子が画素用電圧供給線74に接続され、それぞれのエミッタホロワ回路のエミッタ端子が共通接続されてエミッタ電圧供給線78を構成する。またそれぞれのエミッタホロワ回路のコレクタ端子が当該行のスイッチ72を介して当該行の行選択線42に接続されている。画素用電圧供給線74に流れる電流を該PNP型バイポーラトランジスタの電流増幅率hFE倍して、行選択線42へ供給する。該エミッタホロワ回路のコレクタ電極には、N列の定電流源51による電流NIcが流れるので、電流増幅率hFEについて(11)式が成立するとき、該エミッタホロワ回路のベース電極に接続する画素用電圧供給線74には電流Icが流れる。このとき、エミッタ電圧供給線78には電流(N+1)・Icが流れる。 FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an electric circuit of the infrared solid-state imaging device according to the sixth embodiment. The feature of the present embodiment is the configuration of the buffer means 77, and the structure, configuration, and operation of the components having the same reference numerals as those of the above-described embodiment are the same. This is performed only for the buffer means 77 which is a feature of the above. The buffer means 77 provided for each row is composed of an emitter follower circuit composed of a PNP-type bipolar transistor, the base terminal of each emitter follower circuit is connected to the pixel voltage supply line 74, and the emitter terminals of the respective emitter follower circuits are common. The emitter voltage supply line 78 is connected. The collector terminal of each emitter follower circuit is connected to the row selection line 42 of the row via the switch 72 of the row. The current flowing through the pixel voltage supply line 74 is multiplied by the current amplification factor h FE of the PNP bipolar transistor and supplied to the row selection line 42. The The collector electrode of the emitter follower circuit, the current flows NIc by constant current source 51 of the N columns, when the current amplification factor h FE is (11) holds, the voltage for pixels connected to the base electrode of the emitter-follower circuit A current Ic flows through the supply line 74. At this time, current (N + 1) · Ic flows through the emitter voltage supply line 78.

Figure 2012004879
Figure 2012004879

以上より、上述の実施の形態のバッファ手段を本実施の形態の特徴であるPNP型バイポーラトランジスタから成るエミッタホロワ回路で構成しても、実施の形態5と同様の所定の目的を達成することは言うまでもない。
From the above, it goes without saying that the predetermined object similar to that of the fifth embodiment can be achieved even if the buffer means of the above-described embodiment is constituted by an emitter follower circuit composed of a PNP bipolar transistor, which is a feature of the present embodiment. Yes.

1 基板
2 検出器アレイ
21 温度検出器
211 温度検知部
214 pn接合ダイオード
3 ダミー検出器アレイ
31 ダミー検出器
41 列信号線
42 行選択線
51 第一の定電流源
52 第二の定電流源
53 第三の定電流源
6 水平走査回路
62 積分回路
7 垂直走査回路
73 バッファ手段
74 画素用電圧供給線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Detector array 21 Temperature detector 211 Temperature detection part 214 Pn junction diode 3 Dummy detector array 31 Dummy detector 41 Column signal line 42 Row selection line 51 1st constant current source 52 2nd constant current source 53 Third constant current source 6 Horizontal scanning circuit 62 Integration circuit 7 Vertical scanning circuit 73 Buffer means 74 Pixel voltage supply line

Claims (6)

断熱構造に覆われたpn接合ダイオードで構成された温度検知部を有する温度検出器が2次元配列された検出器アレイと、
前記pn接合ダイオードの陽極を行毎に電気的に共通接続した複数の行選択線と、
前記pn接合ダイオードの陰極を列毎に電気的に共通接続し列毎の終端に第一の定電流源を接続した複数の列信号線と、
前記行選択線を順次選択し選択した当該行選択線と画素用電圧供給線とを電気的に接続する垂直走査回路と、
前記第一の定電流源と略同一の電流量を供給する第二の定電流源と、
前記列信号線を順次選択し選択した当該列信号線について前記第一の定電流源と前記第二の定電流源との両端電圧を前記列信号線毎に設けられた積分回路を介して出力する水平走査回路とを備えた赤外線固体撮像装置であって、
前記垂直走査回路は、それぞれの前記行選択線に対応付けて分岐点をもち前記画素用電圧供給源と接続される画素用電圧供給線、及びそれぞれの前記分岐点と当該行選択線との間にスイッチおよび入力端と出力端との電位を等しくするバッファ手段を有するものであって、
前記画素用電圧供給線は、隣接する前記分岐点の間ごとに前記温度検出器と略同一の構造からなるダミー検出器を一つずつ列方向に配列したダミー検出アレイを用いて、それぞれの前記pn接合ダイオードの少なくとも一方の極を電気的に開放したもので構成されていることを特徴とする赤外線固体撮像装置。
A detector array in which two-dimensionally arranged temperature detectors each having a temperature detecting unit composed of a pn junction diode covered with a heat insulating structure;
A plurality of row selection lines in which anodes of the pn junction diodes are electrically connected in common for each row;
A plurality of column signal lines in which the cathodes of the pn junction diodes are electrically connected in common to each column and the first constant current source is connected to the end of each column;
A vertical scanning circuit that sequentially connects the row selection lines and electrically selects the selected row selection lines and the pixel voltage supply lines;
A second constant current source for supplying substantially the same amount of current as the first constant current source;
The column signal lines are sequentially selected and the voltage across the first constant current source and the second constant current source for the selected column signal line is output via an integration circuit provided for each column signal line. An infrared solid-state imaging device comprising a horizontal scanning circuit that
The vertical scanning circuit includes a pixel voltage supply line connected to the pixel voltage supply source having a branch point in association with each row selection line, and between each branch point and the row selection line. And a buffer means for equalizing the potentials of the switch and the input end and the output end,
The pixel voltage supply line uses a dummy detection array in which dummy detectors each having a structure substantially the same as that of the temperature detector are arranged in the column direction between the adjacent branch points. An infrared solid-state imaging device comprising: a pn junction diode having at least one electrode electrically open.
ダミー検出器は、前記温度検出器と略同一の構造から当該温度検知部を省いた構成である
ことを特徴とする、請求項1に記載の赤外線固体撮像装置。
The infrared solid-state imaging device according to claim 1, wherein the dummy detector has a configuration in which the temperature detection unit is omitted from substantially the same structure as the temperature detector.
ダミー検出アレイは、3列以上に2次元配列されたものであり、
前記画素用電圧供給線は、前記ダミー検出アレイのうち内側のいずれかの列に配列された前記ダミー検出器を用いて構成されている
ことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の赤外線固体撮像装置。
The dummy detection array is two-dimensionally arranged in three or more columns,
3. The pixel voltage supply line is configured by using the dummy detectors arranged in any one of the inner columns of the dummy detection array. Infrared solid-state imaging device.
バッファ手段は、電源または接地との間にスイッチを介して接続されるものであり、
前記スイッチは、それぞれの行において所定の期間のみ電気的に接続する
ことを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
The buffer means is connected to a power source or a ground via a switch,
4. The infrared solid-state imaging device according to claim 1, wherein the switch is electrically connected only in a predetermined period in each row. 5.
バッファ手段は、バイポーラトランジスタから成るエミッタフォロワ回路を有する
ことを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
The infrared solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, wherein the buffer means includes an emitter follower circuit including a bipolar transistor.
積分回路は、第一の定電流源と第二の定電流源との両端電圧の差を差動電圧電流変換アンプによって電流に変換し、周期的に一定電圧にリセットされる容量に積分する
ことを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の赤外線固体撮像装置。
The integration circuit converts the voltage difference between the first constant current source and the second constant current source into a current by a differential voltage current conversion amplifier, and integrates it into a capacitor that is periodically reset to a constant voltage. The infrared solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein:
JP2010138284A 2010-06-17 2010-06-17 Infrared solid-state imaging apparatus Pending JP2012004879A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010138284A JP2012004879A (en) 2010-06-17 2010-06-17 Infrared solid-state imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010138284A JP2012004879A (en) 2010-06-17 2010-06-17 Infrared solid-state imaging apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012004879A true JP2012004879A (en) 2012-01-05

Family

ID=45536353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010138284A Pending JP2012004879A (en) 2010-06-17 2010-06-17 Infrared solid-state imaging apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012004879A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104344887A (en) * 2014-10-29 2015-02-11 华中科技大学 High-speed large dynamic photoelectric detection device
WO2021145254A1 (en) * 2020-01-16 2021-07-22 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state imaging device and amplifier array
JP2021522475A (en) * 2018-04-17 2021-08-30 オブシディアン センサーズ インコーポレイテッド Read circuit and method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104344887A (en) * 2014-10-29 2015-02-11 华中科技大学 High-speed large dynamic photoelectric detection device
JP2021522475A (en) * 2018-04-17 2021-08-30 オブシディアン センサーズ インコーポレイテッド Read circuit and method
WO2021145254A1 (en) * 2020-01-16 2021-07-22 浜松ホトニクス株式会社 Solid-state imaging device and amplifier array
US11736835B2 (en) 2020-01-16 2023-08-22 Hamamatsu Photonics K.K. Solid-state imaging device and amplifier array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5127278B2 (en) Thermal infrared solid-state imaging device and infrared camera
US7728297B2 (en) Infrared array sensor
US8431900B2 (en) Infrared solid-state imaging device
JP6650261B2 (en) Photoelectric conversion element
KR101949524B1 (en) Device for detection of electromagnetic radiation with low sensitivity to spatial noise
JP6715922B2 (en) Infrared image sensor and infrared camera
US7800667B2 (en) Photo-detecting apparatus
JP2008268155A (en) Thermal type infrared solid-state imaging element
JP2012004879A (en) Infrared solid-state imaging apparatus
JP5264418B2 (en) Thermal infrared detector
JP6734644B2 (en) Photoelectric conversion device
JP4959735B2 (en) Thermal infrared detector
JP5210943B2 (en) Infrared solid-state image sensor
JP3806042B2 (en) Thermal infrared solid-state image sensor
CN110487420B (en) Fast and stable uncooled infrared focal plane reading circuit
JP2004336099A (en) Thermal type infrared solid-state imaging apparatus
JP4277619B2 (en) Solid-state image sensor
JP2000019015A (en) Infrared detecting device
JP4530997B2 (en) Infrared sensor
CN109238477B (en) Infrared focal plane reading circuit and infrared focal plane detector
JPH05145853A (en) Infrared image pickup device
US11971306B2 (en) Infrared detecting device
US20240087517A1 (en) Electronic device
JP4071122B2 (en) Thermal infrared solid-state image sensor
JP2007150720A (en) Solid-state image sensing device