JP2017163403A - Infrared image pickup element and infrared imaging apparatus - Google Patents

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亮 澤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared image pickup element and an infrared imaging apparatus capable of acquiring a clear image even when a distance from a lens to a subject is not appropriate.SOLUTION: An infrared image pickup element 100 comprises: a sensor array 120 comprising plural infrared sensors 121; and a guide element array 130 comprising plural infrared guide elements 131 provided on the incident side of the infrared sensors 121. The infrared guide elements 131 emit an infrared ray incident on the infrared guide elements 131, in a direction in accordance with the incident angle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、赤外線撮像素子及び赤外線撮像装置に関する。   The present invention relates to an infrared imaging device and an infrared imaging device.

赤外線撮像素子によれば、可視光の撮像素子とは異なる条件下で撮像を行うことができる。しかしながら、従来の赤外線撮像素子は、レンズから被写体までの距離が適切である場合に鮮明な画像を取得できるものの、そうでない場合は鮮明な画像を取得することができない。   According to the infrared imaging device, imaging can be performed under conditions different from those of the visible light imaging device. However, although the conventional infrared imaging device can acquire a clear image when the distance from the lens to the subject is appropriate, it cannot acquire a clear image otherwise.

特開平６−３３１４３５号公報JP-A-6-331435 特開昭５９−１０８４７９号公報JP 59-108479 A 特開２０１２−６５２６８号公報JP 2012-65268 A

本発明の目的は、レンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる赤外線撮像素子及び赤外線撮像装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an infrared imaging device and an infrared imaging device capable of acquiring a clear image even when the distance from a lens to a subject is not appropriate.

赤外線撮像素子の一態様には、複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、前記複数の赤外線センサの入射側に設けられた複数の赤外線ガイド素子を含むガイド素子アレイと、が含まれる。前記赤外線ガイド素子は、当該赤外線ガイド素子に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   One aspect of the infrared imaging element includes a sensor array including a plurality of infrared sensors and a guide element array including a plurality of infrared guide elements provided on the incident side of the plurality of infrared sensors. The infrared guide element emits infrared rays incident on the infrared guide element in a direction corresponding to the incident angle.

赤外線撮像装置の一態様には、上記の赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子を冷却する冷却手段と、が含まれる。   One aspect of the infrared imaging device includes the above-described infrared imaging element and cooling means for cooling the infrared imaging element.

上記の赤外線撮像素子等によれば、適切な赤外線ガイド素子が含まれるため、レンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   According to the above infrared imaging element or the like, since an appropriate infrared guide element is included, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate.

第１の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the infrared imaging element which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る赤外線撮像素子の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the infrared imaging element which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the infrared imaging element which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る赤外線撮像素子の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the infrared imaging element which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the infrared imaging element which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the infrared imaging element which concerns on 4th Embodiment. 第５の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the infrared imaging element which concerns on 5th Embodiment. 第６の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the infrared imaging element which concerns on 6th Embodiment. 第７の実施形態に係る赤外線撮像装置を示す図である。It is a figure which shows the infrared imaging device which concerns on 7th Embodiment. 第８の実施形態に係る赤外線撮像システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the infrared imaging system which concerns on 8th Embodiment. 赤外線撮像装置内の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure in an infrared imaging device.

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。 (First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an infrared imaging device according to the first embodiment.

図１に示すように、第１の実施形態に係る赤外線撮像素子１００には、複数の赤外線センサ１２１を含むセンサアレイ１２０、並びに複数の赤外線センサ１２１の入射側に設けられた複数の赤外線ガイド素子１３１を含むガイド素子アレイ１３０が含まれる。赤外線ガイド素子１３１は、当該赤外線ガイド素子１３１に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   As shown in FIG. 1, the infrared imaging element 100 according to the first embodiment includes a sensor array 120 including a plurality of infrared sensors 121 and a plurality of infrared guide elements provided on the incident side of the plurality of infrared sensors 121. A guide element array 130 including 131 is included. The infrared guide element 131 emits infrared rays incident on the infrared guide element 131 in a direction corresponding to the incident angle.

図２（ａ）に示すように、赤外線撮像素子１００に入射してくる像が赤外線ガイド素子１３１ａにて結像する場合、赤外線センサ１２１ａ、１２１ｂ及び１２１ｃの出力の和により、焦点の合った像を得ることができる。また、図２（ｂ）に示すように、赤外線撮像素子１００に入射してくる像がセンサアレイ１２０より後方のある一点にて結像する場合、赤外線センサ１２１ｃ、１２１ｅ及び１２１ｇの出力の和により、焦点の合った像を得ることができる。従って、センサアレイ１２０にて赤外線が検出された後であっても、計算の対象とする赤外線センサの組み合わせに応じて、種々の位置に焦点を合わせることができる。つまり、可視光線を用いたライトフィールドカメラのように、撮像後であってもライトフィールド情報を用いて焦点の調整を行うことができる。このため、撮像時にレンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   As shown in FIG. 2A, when an image incident on the infrared imaging element 100 is formed by the infrared guide element 131a, the focused image is obtained by the sum of the outputs of the infrared sensors 121a, 121b, and 121c. Can be obtained. Also, as shown in FIG. 2B, when an image incident on the infrared imaging element 100 is formed at a certain point behind the sensor array 120, the sum of the outputs of the infrared sensors 121c, 121e, and 121g. A focused image can be obtained. Therefore, even after infrared rays are detected by the sensor array 120, it is possible to focus on various positions depending on the combination of infrared sensors to be calculated. In other words, the focus can be adjusted using the light field information even after imaging, like a light field camera using visible light. For this reason, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate at the time of imaging.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an infrared imaging device according to the second embodiment.

図３に示すように、第２の実施形態に係る赤外線撮像素子１０１には、赤外線が透過可能な基板１１０、基板１１０の一方の面に設けられたセンサアレイ１２０、及び基板１１０の他方の面に設けられたガイド素子アレイ１３０が含まれる。センサアレイ１２０に複数の赤外線センサ１２１が含まれ、ガイド素子アレイ１３０に複数の赤外線ガイド素子１３１が含まれる。赤外線ガイド素子１３１は、当該赤外線ガイド素子１３１に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   As shown in FIG. 3, the infrared imaging element 101 according to the second embodiment includes a substrate 110 capable of transmitting infrared light, a sensor array 120 provided on one surface of the substrate 110, and the other surface of the substrate 110. Includes a guide element array 130. The sensor array 120 includes a plurality of infrared sensors 121, and the guide element array 130 includes a plurality of infrared guide elements 131. The infrared guide element 131 emits infrared rays incident on the infrared guide element 131 in a direction corresponding to the incident angle.

図４（ａ）に示すように、赤外線撮像素子１０１に入射してくる像が赤外線ガイド素子１３１ａにて結像する場合、赤外線センサ１２１ａ、１２１ｂ及び１２１ｃの出力の和により、焦点の合った像を得ることができる。また、図４（ｂ）に示すように、赤外線撮像素子１０１に入射してくる像がセンサアレイ１２０より後方のある一点にて結像する場合、赤外線センサ１２１ｃ、１２１ｅ及び１２１ｇの出力の和により、焦点の合った像を得ることができる。従って、第１の実施形態と同様に、撮像時にレンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   As shown in FIG. 4A, when an image incident on the infrared imaging element 101 is formed by the infrared guide element 131a, the focused image is obtained by the sum of the outputs of the infrared sensors 121a, 121b and 121c. Can be obtained. As shown in FIG. 4B, when the image incident on the infrared imaging element 101 forms an image at a certain point behind the sensor array 120, the sum of the outputs of the infrared sensors 121c, 121e, and 121g. A focused image can be obtained. Therefore, as in the first embodiment, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate during imaging.

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an infrared imaging device according to the third embodiment.

図５に示すように、第３の実施形態に係る赤外線撮像素子２００には、基板２１１上の複数の赤外線センサ２２１を含むセンサアレイ２２０、並びに複数の赤外線センサ２２１の入射側に設けられた複数のマイクロレンズ２３１を含むマイクロレンズアレイ２３０が含まれる。マイクロレンズ２３１は、当該マイクロレンズ２３１に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   As illustrated in FIG. 5, the infrared imaging element 200 according to the third embodiment includes a sensor array 220 including a plurality of infrared sensors 221 on a substrate 211 and a plurality of infrared sensors 221 provided on the incident side of the plurality of infrared sensors 221. The microlens array 230 including the microlenses 231 is included. The micro lens 231 emits infrared rays incident on the micro lens 231 in a direction corresponding to the incident angle.

赤外線センサ２２１は、例えば量子ドット型赤外線検知素子（Quantum Dot Infrared Photodetector：ＱＤＩＰ）である。マイクロレンズ２３１には、例えばＳｉ、Ｇｅ等の赤外線透過材料が用いられている。マイクロレンズアレイ２３０はガイド素子アレイの一例である。   The infrared sensor 221 is, for example, a quantum dot infrared detector (Quantum Dot Infrared Photodetector: QDIP). For the micro lens 231, for example, an infrared transmitting material such as Si or Ge is used. The microlens array 230 is an example of a guide element array.

赤外線撮像素子２００でも、第１の実施形態と同様に、センサアレイ２２０にて赤外線が検出された後であっても、計算の対象とする赤外線センサの組み合わせに応じて、種々の位置に焦点を合わせることができる。つまり、撮像後であってもライトフィールド情報を用いて焦点の調整を行うことができる。このため、撮像時にレンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   Even in the infrared imaging device 200, as in the first embodiment, even after the infrared rays are detected by the sensor array 220, the focus is set on various positions according to the combination of the infrared sensors to be calculated. Can be matched. That is, even after imaging, the focus can be adjusted using the light field information. For this reason, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate at the time of imaging.

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図６は、第４の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an infrared imaging device according to the fourth embodiment.

図６に示すように、第４の実施形態に係る赤外線撮像素子３００には、基板３１１上の複数の赤外線センサ３２１を含むセンサアレイ３２０、並びに複数の赤外線センサ３２１の入射側に設けられた複数のピンホール３３１を含むピンホールアレイ３３０が含まれる。ピンホール３３１は、当該ピンホール３３１に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   As shown in FIG. 6, the infrared imaging device 300 according to the fourth embodiment includes a sensor array 320 including a plurality of infrared sensors 321 on a substrate 311 and a plurality of infrared sensors 321 provided on the incident side of the plurality of infrared sensors 321. A pinhole array 330 including a plurality of pinholes 331 is included. The pinhole 331 emits infrared rays incident on the pinhole 331 in a direction corresponding to the incident angle.

赤外線センサ３２１は、例えばＱＤＩＰである。ピンホールアレイ３３０では、遮蔽膜３３２にピンホール３３１が形成されている。遮蔽膜３３２は、例えば金属膜である。ピンホールアレイ３３０はガイド素子アレイの一例である。   The infrared sensor 321 is, for example, QDIP. In the pinhole array 330, pinholes 331 are formed in the shielding film 332. The shielding film 332 is a metal film, for example. The pinhole array 330 is an example of a guide element array.

赤外線撮像素子３００でも、第１の実施形態と同様に、センサアレイ３２０にて赤外線が検出された後であっても、計算の対象とする赤外線センサの組み合わせに応じて、種々の位置に焦点を合わせることができる。つまり、撮像後であってもライトフィールド情報を用いて焦点の調整を行うことができる。このため、撮像時にレンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   Similarly to the first embodiment, even in the infrared imaging device 300, even after the infrared rays are detected by the sensor array 320, the focus is on various positions according to the combination of the infrared sensors to be calculated. Can be matched. That is, even after imaging, the focus can be adjusted using the light field information. For this reason, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate at the time of imaging.

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図７は、第５の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view showing an infrared imaging device according to the fifth embodiment.

図７に示すように、第５の実施形態に係る赤外線撮像素子５００には、赤外線が透過可能な基板５１０、基板５１０の一方の面に形成されたセンサアレイ５２０、及び基板５１０の他方の面に形成されたマイクロレンズアレイ５３０が含まれる。センサアレイ５２０に複数の赤外線センサ５２１が含まれ、マイクロレンズアレイ５３０に複数のマイクロレンズ５３１が含まれる。マイクロレンズ５３１は、当該マイクロレンズ５３１に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   As shown in FIG. 7, the infrared imaging element 500 according to the fifth embodiment includes a substrate 510 capable of transmitting infrared rays, a sensor array 520 formed on one surface of the substrate 510, and the other surface of the substrate 510. The microlens array 530 is included. The sensor array 520 includes a plurality of infrared sensors 521, and the microlens array 530 includes a plurality of microlenses 531. The microlens 531 emits infrared rays incident on the microlens 531 in a direction corresponding to the incident angle.

基板５１０は、例えばＧａＡｓ基板であり、この裏面（上記他方の面）がマイクロレンズ５３１の形状に加工されている。マイクロレンズアレイ５３０はガイド素子アレイの一例である。赤外線センサ５２１は、例えばＱＤＩＰである。   The substrate 510 is, for example, a GaAs substrate, and the back surface (the other surface) is processed into the shape of the microlens 531. The microlens array 530 is an example of a guide element array. The infrared sensor 521 is, for example, QDIP.

赤外線撮像素子５００でも、第２の実施形態と同様に、センサアレイ５２０にて赤外線が検出された後であっても、計算の対象とする赤外線センサの組み合わせに応じて、種々の位置に焦点を合わせることができる。つまり、撮像後であってもライトフィールド情報を用いて焦点の調整を行うことができる。このため、撮像時にレンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   Even in the infrared imaging device 500, as in the second embodiment, even after the infrared rays are detected by the sensor array 520, depending on the combination of the infrared sensors to be calculated, the focus is on various positions. Can be matched. That is, even after imaging, the focus can be adjusted using the light field information. For this reason, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate at the time of imaging.

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図８は、第６の実施形態に係る赤外線撮像素子を示す断面図である。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an infrared imaging device according to the sixth embodiment.

図８に示すように、第６の実施形態に係る赤外線撮像素子６００には、赤外線が透過可能な基板６１０、基板６１０の一方の面に形成されたセンサアレイ６２０、及び基板６１０の他方の面に形成されたピンホールアレイ６３０が含まれる。センサアレイ６２０に複数の赤外線センサ６２１が含まれ、ピンホールアレイ６３０に複数のピンホール６３１が含まれる。ピンホール６３１は、当該ピンホール６３１に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射する。   As shown in FIG. 8, the infrared imaging device 600 according to the sixth embodiment includes a substrate 610 that can transmit infrared rays, a sensor array 620 formed on one surface of the substrate 610, and the other surface of the substrate 610. The pinhole array 630 is included. The sensor array 620 includes a plurality of infrared sensors 621, and the pinhole array 630 includes a plurality of pinholes 631. The pinhole 631 emits infrared rays incident on the pinhole 631 in a direction corresponding to the incident angle.

基板６１０は、例えばＧａＡｓ基板であり、この裏面（上記他方の面）上に赤外線に対する遮蔽膜６３２が形成され、遮蔽膜６３２にピンホール６３１が形成されている。遮蔽膜６３２は、例えば金属膜である。ピンホールアレイ６３０はガイド素子アレイの一例である。赤外線センサ６２１は、例えばＱＤＩＰである。   The substrate 610 is, for example, a GaAs substrate, and a shielding film 632 for infrared rays is formed on the back surface (the other surface), and a pinhole 631 is formed in the shielding film 632. The shielding film 632 is, for example, a metal film. The pinhole array 630 is an example of a guide element array. The infrared sensor 621 is, for example, QDIP.

赤外線撮像素子６００でも、第２の実施形態と同様に、センサアレイ６２０にて赤外線が検出された後であっても、計算の対象とする赤外線センサの組み合わせに応じて、種々の位置に焦点を合わせることができる。つまり、撮像後であってもライトフィールド情報を用いて焦点の調整を行うことができる。このため、撮像時にレンズから被写体までの距離が適切でない場合であっても鮮明な画像を取得することができる。   Similarly to the second embodiment, even in the infrared imaging element 600, even after the infrared rays are detected by the sensor array 620, the focus is on various positions according to the combination of the infrared sensors to be calculated. Can be matched. That is, even after imaging, the focus can be adjusted using the light field information. For this reason, a clear image can be acquired even when the distance from the lens to the subject is not appropriate at the time of imaging.

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は赤外線撮像素子を含む赤外線撮像装置の一例に関する。図９は、第７の実施形態に係る赤外線撮像装置を示す図である。 (Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. The seventh embodiment relates to an example of an infrared imaging device including an infrared imaging device. FIG. 9 is a diagram illustrating an infrared imaging device according to the seventh embodiment.

第７の実施形態に係る赤外線撮像装置４００には、図９に示すように、略円筒状の容器４１３が含まれ、容器４１３内に冷却ヘッド４１１が配置されている。冷却ヘッド４１１には、赤外線撮像素子４０１及び読出回路４０２が搭載されている。冷却ヘッド４１１は、例えば冷凍機又はペルチェ素子等の冷却装置（図示せず）にコールドフィンガ４１２を介して熱的に接続されており、冷却装置により冷却される。容器４１３の端部に赤外線透過窓４１４が設けられており、赤外線透過窓４１４を介して容器４１３内に赤外線が入射し、赤外線撮像素子４０１に受光される。冷却ヘッド４１１の赤外線撮像素子４０１等が搭載された面は、コールドシールド４１５により覆われている。赤外線撮像装置４００は、レンズ４２１の後方に配置して使用される。赤外線撮像素子４０１に、赤外線撮像素子１００、１０１、２００、３００、５００又は６００が用いられる。   As shown in FIG. 9, the infrared imaging device 400 according to the seventh embodiment includes a substantially cylindrical container 413, and a cooling head 411 is disposed in the container 413. An infrared imaging element 401 and a readout circuit 402 are mounted on the cooling head 411. The cooling head 411 is thermally connected to a cooling device (not shown) such as a refrigerator or a Peltier element via a cold finger 412, and is cooled by the cooling device. An infrared transmission window 414 is provided at the end of the container 413, and infrared light enters the container 413 via the infrared transmission window 414 and is received by the infrared imaging element 401. The surface of the cooling head 411 on which the infrared imaging element 401 and the like are mounted is covered with a cold shield 415. The infrared imaging device 400 is used by being disposed behind the lens 421. As the infrared imaging element 401, the infrared imaging element 100, 101, 200, 300, 500 or 600 is used.

このような冷却型の赤外線撮像装置４００では、撮像の度に、室温と８０Ｋ〜１５０Ｋ程度の低温との間で降温と昇温とが繰り返される。冷却ヘッド４１１が金属製の場合に、マイクロレンズアレイ２３０がＧａＡｓ等の半導体製であると、これらの間の線熱膨張係数の差が大きく、大きな熱応力が繰り返し印加されることになる。一方、ピンホールアレイ３３０の遮蔽膜３３２が金属製であると、冷却ヘッド４１１との間の線熱膨張係数の差が小さく、大きな熱応力は印加されにくい。従って、信頼性の観点から、ピンホールアレイ３３０は冷却型の赤外線撮像装置４００に好適である。   In such a cooling-type infrared imaging device 400, the temperature decrease and the temperature increase are repeated between room temperature and a low temperature of about 80K to 150K for each imaging. When the cooling head 411 is made of metal and the microlens array 230 is made of a semiconductor such as GaAs, the difference in linear thermal expansion coefficient between them is large, and a large thermal stress is repeatedly applied. On the other hand, when the shielding film 332 of the pinhole array 330 is made of metal, the difference in linear thermal expansion coefficient with the cooling head 411 is small, and a large thermal stress is difficult to be applied. Therefore, the pinhole array 330 is suitable for the cooling infrared imaging device 400 from the viewpoint of reliability.

（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は赤外線撮像装置を含む赤外線撮像システムの一例に関する。図１０は、第８の実施形態に係る赤外線撮像システムの構成を示すブロック図であり、図１１は、赤外線撮像装置内の回路構成を示す図である。 (Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described. The eighth embodiment relates to an example of an infrared imaging system including an infrared imaging device. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an infrared imaging system according to the eighth embodiment, and FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration in the infrared imaging device.

赤外線撮像素子４０１には、複数の画素２１ａが垂直方向及び水平方向に配列した画素エリア２１、垂直シフトレジスタ２２並びに水平シフトレジスタ２３が含まれている。垂直シフトレジスタ２２及び水平シフトレジスタ２３には、信号処理装置３０から駆動信号線を介してパルス信号が供給される。垂直シフトレジスタ２２及び水平シフトレジスタ２３は、それらのパルス信号により決定されるタイミングで、画素エリア２１の各画素２１ａから映像信号を読み出す。垂直シフトレジスタ２２及び水平シフトレジスタ２３により読み出された映像信号は、アンプ２９により増幅された後、映像信号線４１を介して信号処理装置３０に伝達される。   The infrared imaging element 401 includes a pixel area 21 in which a plurality of pixels 21 a are arranged in a vertical direction and a horizontal direction, a vertical shift register 22, and a horizontal shift register 23. A pulse signal is supplied from the signal processing device 30 to the vertical shift register 22 and the horizontal shift register 23 via a drive signal line. The vertical shift register 22 and the horizontal shift register 23 read a video signal from each pixel 21a in the pixel area 21 at a timing determined by these pulse signals. The video signal read by the vertical shift register 22 and the horizontal shift register 23 is amplified by the amplifier 29 and then transmitted to the signal processing device 30 through the video signal line 41.

信号処理装置３０には、Ａ／Ｄ変換器３１及び映像信号処理回路３２が含まれている。Ａ／Ｄ変換器３１は、映像信号線４１を介して入力されたアナログの映像信号をデジタルの映像信号に変換する。映像信号処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から伝達された映像信号に対し種々の処理を施して表示装置４０に出力する。   The signal processing device 30 includes an A / D converter 31 and a video signal processing circuit 32. The A / D converter 31 converts an analog video signal input via the video signal line 41 into a digital video signal. The video signal processing circuit 32 performs various processes on the video signal transmitted from the A / D converter 31 and outputs the processed video signal to the display device 40.

各画素２１ａに、図１１に示すように、トランジスタＴ1及びトランジスタＴ2が含まれている。トランジスタＴ1はソースホロアアンプとして機能し、トランジスタＴ2はスイッチング素子として機能する。トランジスタＴ1のソースに電源から配線２７を介して電圧Ｖ1が供給される。トランジスタＴ1のドレインと垂直データバス２８との間にトランジスタＴ2が接続されている。トランジスタＴ2のゲートは、水平方向（行方向）に並んだ画素２１ａを共通に接続する垂直選択線２６を介して、垂直シフトレジスタ２２に接続されている。トランジスタＴ2のソースは、垂直方向（列方向）に並んだ画素２１ａを共通に接続する垂直データバス２８に接続されている。各画素２１ａに、赤外線センサを含み、当該赤外線センサが受光した赤外線の量に応じた電圧を出力する赤外線検出部２１ｂが含まれる。赤外線センサに、赤外線センサ１２１、２２１又は３２１が用いられる。 Each pixel 21a, as shown in FIG. 11 includes a transistor T 1 and transistor T 2. The transistor T 1 functions as a source follower amplifier, and the transistor T 2 functions as a switching element. The voltage V 1 is supplied from the power source to the source of the transistor T 1 through the wiring 27. A transistor T 2 is connected between the drain of the transistor T 1 and the vertical data bus 28. The gate of the transistor T 2 is connected to the vertical shift register 22 via a vertical selection line 26 that commonly connects the pixels 21 a arranged in the horizontal direction (row direction). The source of the transistor T 2 is connected to a vertical data bus 28 that commonly connects the pixels 21 a arranged in the vertical direction (column direction). Each pixel 21a includes an infrared sensor, and includes an infrared detector 21b that outputs a voltage corresponding to the amount of infrared light received by the infrared sensor. An infrared sensor 121, 221 or 321 is used as the infrared sensor.

垂直シフトレジスタ２２は、例えば数１００個又はそれ以上の出力端子を有し、これら出力端子はそれぞれ垂直選択線２６に接続されている。垂直シフトレジスタ２２に所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号Φ1及びΦ2が供給される。そして、垂直シフトレジスタ２２は、パルス信号Φ1及びΦ2で決まるタイミングで複数の端子に順番に行選択信号を出力する。 The vertical shift register 22 has, for example, several hundred or more output terminals, and these output terminals are connected to the vertical selection line 26, respectively. Pulse signals Φ 1 and Φ 2 that change to “H” level and “L” level at a predetermined timing are supplied to the vertical shift register 22. The vertical shift register 22 outputs row selection signals to a plurality of terminals in order at a timing determined by the pulse signals Φ 1 and Φ 2 .

水平シフトレジスタ２３は、例えば数１００個又はそれ以上の出力端子を有し、これら出力端子はそれぞれトランジスタＴ3のゲートに接続されている。トランジスタＴ3のドレインはそれぞれ対応する垂直データバス２８に接続され、ドレインは映像信号線４１に接続されている。水平シフトレジスタ２３に所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号Φ3及びΦ4が供給される。そして、水平シフトレジスタ２３は、パルス信号Φ3及びΦ4により決まるタイミングで、複数の端子に順番に列選択信号を出力する。 The horizontal shift register 23 has, for example, several hundred or more output terminals, and these output terminals are respectively connected to the gate of the transistor T 3 . The drain of the transistor T 3 is connected to the corresponding vertical data bus 28, and the drain is connected to the video signal line 41. Pulse signals Φ 3 and Φ 4 that change to “H” level and “L” level at a predetermined timing are supplied to the horizontal shift register 23. The horizontal shift register 23 outputs column selection signals to a plurality of terminals in order at a timing determined by the pulse signals Φ 3 and Φ 4 .

映像信号線４１と接地との間にトランジスタＴ4が接続されている。トランジスタＴ4のゲートに電源から電圧Ｖ2が供給される。トランジスタＴ4は、トランジスタＴ1、Ｔ2及びＴ3にバイアス電流を流すための定電流回路として用いられる。 A transistor T 4 is connected between the video signal line 41 and the ground. The voltage V 2 is supplied from the power source to the gate of the transistor T 4 . The transistor T 4 is used as a constant current circuit for causing a bias current to flow through the transistors T 1 , T 2 and T 3 .

垂直シフトレジスタ２２は、パルス信号Φ1及びΦ2で決まる１フレーム期間（例えば１／６０秒又は１／３０秒）に、出力端子に順番に行選択信号を出力する。トランジスタＴ2は、そのゲートに垂直選択線２６を介して行選択信号が入力される間だけオンになる。水平シフトレジスタ２３は、パルス信号Φ3及びΦ4で決まる１行分の読み出し時間内に、出力端子に順番に列選択信号を出力する。この結果、トランジスタＴ3が順番にオンになって、行選択信号により選択された１行分の画素２１ａから順次映像信号が読み出され、それらの映像信号が映像信号線４１を介して信号処理装置３０に送られる。 The vertical shift register 22 sequentially outputs row selection signals to the output terminals in one frame period (for example, 1/60 second or 1/30 second) determined by the pulse signals Φ 1 and Φ 2 . The transistor T 2 is turned on only while a row selection signal is input to its gate via the vertical selection line 26. The horizontal shift register 23 outputs column selection signals to the output terminals in order within the readout time for one row determined by the pulse signals Φ 3 and Φ 4 . As a result, the transistors T 3 are turned on in order, and the video signals are sequentially read out from the pixels 21 a for one row selected by the row selection signal. Sent to the device 30.

このようにして画素エリア２１に含まれる各画素２１ａからの映像信号の読み出しが行われる。トランジスタＴ1〜Ｔ4、垂直シフトレジスタ２２、水平シフトレジスタ２３、垂直選択線２６、配線２７、垂直データバス２８及びアンプ２９が読出回路４０２に含まれる。 In this manner, the video signal is read from each pixel 21a included in the pixel area 21. Transistors T 1 to T 4 , vertical shift register 22, horizontal shift register 23, vertical selection line 26, wiring 27, vertical data bus 28 and amplifier 29 are included in readout circuit 402.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.

（付記１）
複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
前記複数の赤外線センサの入射側に設けられた複数の赤外線ガイド素子を含むガイド素子アレイと、
を有し、
前記赤外線ガイド素子は、当該赤外線ガイド素子に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射することを特徴とする赤外線撮像素子。 (Appendix 1)
A sensor array including a plurality of infrared sensors;
A guide element array including a plurality of infrared guide elements provided on the incident side of the plurality of infrared sensors;
Have
The infrared imaging device, wherein the infrared guide device emits infrared rays incident on the infrared guide device in a direction corresponding to an incident angle thereof.

（付記２）
前記ガイド素子アレイは複数のピンホールを含むピンホールアレイであることを特徴とする付記１に記載の赤外線撮像素子。 (Appendix 2)
The infrared imaging element according to appendix 1, wherein the guide element array is a pinhole array including a plurality of pinholes.

（付記３）
前記複数のピンホールは金属膜に形成されていることを特徴とする付記２に記載の赤外線撮像素子。 (Appendix 3)
The infrared imaging element according to appendix 2, wherein the plurality of pinholes are formed in a metal film.

（付記４）
前記ガイド素子アレイは複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイであることを特徴とする付記１に記載の赤外線撮像素子。 (Appendix 4)
The infrared imaging element according to appendix 1, wherein the guide element array is a microlens array including a plurality of microlenses.

（付記５）
前記マイクロレンズにＳｉ又はＧｅが用いられていることを特徴とする付記４に記載の赤外線撮像素子。 (Appendix 5)
The infrared imaging element according to appendix 4, wherein Si or Ge is used for the microlens.

（付記６）
前記センサアレイが赤外線透過基板の一方の面に設けられ、
前記ガイド素子アレイが前記赤外線透過基板の他方の面に設けられていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の赤外線撮像素子。 (Appendix 6)
The sensor array is provided on one surface of the infrared transmitting substrate;
The infrared imaging element according to any one of appendices 1 to 5, wherein the guide element array is provided on the other surface of the infrared transmitting substrate.

（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。 (Appendix 7)
The infrared imaging device according to any one of appendices 1 to 6,
Cooling means for cooling the infrared imaging device;
An infrared imaging device comprising:

１００、１０１、２００、３００、４０１、５００、６００：赤外線撮像素子
１１０：基板
１２０、２２０、３２０、５２０、６２０：センサアレイ
１２１、２２１、３２１、５２１、６２１：赤外線センサ
１３０：ガイド素子アレイ
１３１：赤外線ガイド素子
２３０、５３０：マイクロレンズアレイ
２３１、５３１：マイクロレンズ
３３０、６３０：ピンホールアレイ
３３１、６３１：ピンホール
４００：赤外線撮像装置 100, 101, 200, 300, 401, 500, 600: Infrared imaging device 110: Substrate 120, 220, 320, 520, 620: Sensor array 121, 221, 321, 521, 621: Infrared sensor 130: Guide element array 131 : Infrared guide element 230, 530: Micro lens array 231, 531: Micro lens 330, 630: Pinhole array 331, 631: Pinhole 400: Infrared imaging device

Claims (5)

複数の赤外線センサを含むセンサアレイと、
前記複数の赤外線センサの入射側に設けられた複数の赤外線ガイド素子を含むガイド素子アレイと、
を有し、
前記赤外線ガイド素子は、当該赤外線ガイド素子に入射してくる赤外線をその入射角に応じた方向に向けて出射することを特徴とする赤外線撮像素子。 A sensor array including a plurality of infrared sensors;
A guide element array including a plurality of infrared guide elements provided on the incident side of the plurality of infrared sensors;
Have
The infrared imaging device, wherein the infrared guide device emits infrared rays incident on the infrared guide device in a direction corresponding to an incident angle thereof. 前記ガイド素子アレイは複数のピンホールを含むピンホールアレイであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像素子。   The infrared imaging element according to claim 1, wherein the guide element array is a pinhole array including a plurality of pinholes. 前記ガイド素子アレイは複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像素子。   The infrared imaging device according to claim 1, wherein the guide element array is a microlens array including a plurality of microlenses. 前記センサアレイが赤外線透過基板の一方の面に設けられ、
前記ガイド素子アレイが前記赤外線透過基板の他方の面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線撮像素子。 The sensor array is provided on one surface of the infrared transmitting substrate;
4. The infrared imaging element according to claim 1, wherein the guide element array is provided on the other surface of the infrared transmitting substrate. 5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。 The infrared imaging device according to any one of claims 1 to 4,
Cooling means for cooling the infrared imaging device;
An infrared imaging device comprising:
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