JP2012004879A - Infrared solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
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).
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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。
The
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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。
FIG. 11 is a diagram illustrating the
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
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
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。
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
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
Claims (6)
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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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 |
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