JP2699847B2 - 赤外線撮像素子 - Google Patents
赤外線撮像素子Info
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- JP2699847B2 JP2699847B2 JP5330204A JP33020493A JP2699847B2 JP 2699847 B2 JP2699847 B2 JP 2699847B2 JP 5330204 A JP5330204 A JP 5330204A JP 33020493 A JP33020493 A JP 33020493A JP 2699847 B2 JP2699847 B2 JP 2699847B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、防犯、監視、誘導、医
療、工業計測等に広く応用される赤外線撮像素子に関
し、さらに詳細には熱を電気信号に変換する熱電変換素
子を持ち、１次元または２次元に配列された画素を持つ
熱型赤外線撮像素子に関する。
療、工業計測等に広く応用される赤外線撮像素子に関
し、さらに詳細には熱を電気信号に変換する熱電変換素
子を持ち、１次元または２次元に配列された画素を持つ
熱型赤外線撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】被写体の温度分布をリアルタイムで撮像
したいという要求が高まる中で、２次元の赤外線撮像素
子の需要が高まっている。それに伴い、安価で高性能な
熱型赤外線撮像素子の開発が望まれている。従来の熱型
赤外線素子は、図７に一例を示すように、熱電変換素子
としてサーモパイル（熱電対）１９を持ち、ＭＯＳトラ
ンジスタ２０と、電荷蓄積用のコンデンサ２１とスイッ
チ素子２２、各画素の信号を読み出すための走査回路を
持っている。サーモパイルは、ダイヤフラムと呼ばれる
熱の逃げを防いだ構造の上に温接点を、通常の基板の上
に冷接点を形成している。各画素に入射した赤外線はダ
イヤフラムの温度上昇を引き起こし、温接点と冷接点の
間に温度差を生じ、サーモパイルに起電圧が発生する。
ダイヤフラムの温度上昇は、温度差１℃の対象物を見た
とき０．００１℃程度であり、サーモパイルに発生する
起電圧は非常にわずかなものである。この起電圧はＭＯ
Ｓトランジスタ２０に流れるバイアス電流を変調し、こ
の変調されたバイアス電流はコンデンサに蓄積される。
一定期間この蓄積が行われた後、各画素のスイッチ素子
が順次開いて、この蓄積された電荷が出力に読み出され
る。積分時間は長いほどノイズが低減できるため、コン
デンサは各画素に配置してある（特開平４−３３３２９
２号公報）。
したいという要求が高まる中で、２次元の赤外線撮像素
子の需要が高まっている。それに伴い、安価で高性能な
熱型赤外線撮像素子の開発が望まれている。従来の熱型
赤外線素子は、図７に一例を示すように、熱電変換素子
としてサーモパイル（熱電対）１９を持ち、ＭＯＳトラ
ンジスタ２０と、電荷蓄積用のコンデンサ２１とスイッ
チ素子２２、各画素の信号を読み出すための走査回路を
持っている。サーモパイルは、ダイヤフラムと呼ばれる
熱の逃げを防いだ構造の上に温接点を、通常の基板の上
に冷接点を形成している。各画素に入射した赤外線はダ
イヤフラムの温度上昇を引き起こし、温接点と冷接点の
間に温度差を生じ、サーモパイルに起電圧が発生する。
ダイヤフラムの温度上昇は、温度差１℃の対象物を見た
とき０．００１℃程度であり、サーモパイルに発生する
起電圧は非常にわずかなものである。この起電圧はＭＯ
Ｓトランジスタ２０に流れるバイアス電流を変調し、こ
の変調されたバイアス電流はコンデンサに蓄積される。
一定期間この蓄積が行われた後、各画素のスイッチ素子
が順次開いて、この蓄積された電荷が出力に読み出され
る。積分時間は長いほどノイズが低減できるため、コン
デンサは各画素に配置してある（特開平４−３３３２９
２号公報）。
【０００３】第２の例では、図８に示すように、熱電変
換素子と、その両端に２つのコンデンサを持っている。
熱電変換素子の抵抗ｒとコンデンサＣによって帯域１／
（４×Ｃ×ｒ）のフィルタを形成して、ノイズを低減す
ると共に、バイアス電流を流さずに信号のみ蓄積を行っ
ている（特開平４−４５５７６号公報）。
換素子と、その両端に２つのコンデンサを持っている。
熱電変換素子の抵抗ｒとコンデンサＣによって帯域１／
（４×Ｃ×ｒ）のフィルタを形成して、ノイズを低減す
ると共に、バイアス電流を流さずに信号のみ蓄積を行っ
ている（特開平４−４５５７６号公報）。
【０００４】第３の例は、熱型赤外線センサの例ではな
いが、図９に示すようにショットキーバリア型赤外線撮
像素子の例である。各画素のショットキーバリアで電荷
の蓄積を行い、ＣＣＤに通じる読み出しゲート２９のポ
テンシャルを途中まで下げて信号電荷の抜きだして転送
し、残った不要なバイアス電荷は捨てている。例えばコ
ーン（ＥＬＬＩＯＴＴ Ｓ．ＫＯＨＮ）の「ショットキ
ーバリア検出器をもつ電荷接合型赤外線撮像素子（Ａ
Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｉ
ｍａｇｉｎｇ Ａｒｒａｙ ｗｉｔｈ Ｓｃｈｏｔｔｋ
ｙ−Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）」，アイ・
イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・ソリッドステー
ト・サーキット（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ
ＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＳＣ−１１
巻１９７６年１３９〜１４６ページ）。
いが、図９に示すようにショットキーバリア型赤外線撮
像素子の例である。各画素のショットキーバリアで電荷
の蓄積を行い、ＣＣＤに通じる読み出しゲート２９のポ
テンシャルを途中まで下げて信号電荷の抜きだして転送
し、残った不要なバイアス電荷は捨てている。例えばコ
ーン（ＥＬＬＩＯＴＴ Ｓ．ＫＯＨＮ）の「ショットキ
ーバリア検出器をもつ電荷接合型赤外線撮像素子（Ａ
Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｉ
ｍａｇｉｎｇ Ａｒｒａｙ ｗｉｔｈ Ｓｃｈｏｔｔｋ
ｙ−Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）」，アイ・
イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・ソリッドステー
ト・サーキット（ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ
ＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＳＣ−１１
巻１９７６年１３９〜１４６ページ）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般にノイズを低減す
るには、積分時間を長くしてノイズの帯域を狭くする必
要がある。また、信号電流はｇｍ（相互コンダクタン
ス；電圧を電流に変換するときの係数。増幅度に相
当。）に比例し、トランジスタの熱雑音電流はｇｍの平
行根に比例し、ｇｍはバイアス電流が大きいほど大きい
ため、バイアス電流が大きいほどＳ／Ｎが良い。従っ
て、積分時間が長く、バイアス電流が大きいほど良い
が、蓄積電荷量が膨大になる。電荷量は電圧と容量に比
例するが、走査回路で扱える電圧は限られており、各画
素に配置できるコンデンサにも限度があるため、蓄積電
荷量を上げる限界があり、Ｓ／Ｎ改善の妨げになってい
た。
るには、積分時間を長くしてノイズの帯域を狭くする必
要がある。また、信号電流はｇｍ（相互コンダクタン
ス；電圧を電流に変換するときの係数。増幅度に相
当。）に比例し、トランジスタの熱雑音電流はｇｍの平
行根に比例し、ｇｍはバイアス電流が大きいほど大きい
ため、バイアス電流が大きいほどＳ／Ｎが良い。従っ
て、積分時間が長く、バイアス電流が大きいほど良い
が、蓄積電荷量が膨大になる。電荷量は電圧と容量に比
例するが、走査回路で扱える電圧は限られており、各画
素に配置できるコンデンサにも限度があるため、蓄積電
荷量を上げる限界があり、Ｓ／Ｎ改善の妨げになってい
た。
【０００６】従来の赤外線撮像素子では、第１の例の場
合、コンデンサには信号と、信号とは無関係のバイアス
電流が蓄えられる。先にも述べたように、この信号は非
常に小さいもので、通常バイアス電流の１／１０００〜
１／１０００００程度である。蓄積電荷量はこの不要な
バイアス電流で決ってしまい、Ｓ／Ｎ改善の妨げになっ
ていた。
合、コンデンサには信号と、信号とは無関係のバイアス
電流が蓄えられる。先にも述べたように、この信号は非
常に小さいもので、通常バイアス電流の１／１０００〜
１／１０００００程度である。蓄積電荷量はこの不要な
バイアス電流で決ってしまい、Ｓ／Ｎ改善の妨げになっ
ていた。
【０００７】第２の例はこれを改善するものであり、バ
イアス電流を流さずに入射赤外線による信号のみ蓄えよ
うとするものである。この場合のノイズの帯域は、定電
流による積分とは異なり、蓄積している時間には依ら
ず、前述した検出器の抵抗とコンデンサの積の逆数とな
る。検出器の抵抗を上げるには限度があり、コンデンサ
も大きくできないため、やはりＳ／Ｎ改善には限度があ
った。
イアス電流を流さずに入射赤外線による信号のみ蓄えよ
うとするものである。この場合のノイズの帯域は、定電
流による積分とは異なり、蓄積している時間には依ら
ず、前述した検出器の抵抗とコンデンサの積の逆数とな
る。検出器の抵抗を上げるには限度があり、コンデンサ
も大きくできないため、やはりＳ／Ｎ改善には限度があ
った。
【０００８】第３の例は、各画素の蓄積容量に於て不要
な電荷は捨てるあめ、ＣＣＤが運ぶ電荷量は減少する
が、各画素の蓄積容量に不要なバイアス成分を一度は蓄
えなければならない。このため、熱型赤外線撮像素子に
応用するには、やはり積分電流、積分時間が制限され
る。
な電荷は捨てるあめ、ＣＣＤが運ぶ電荷量は減少する
が、各画素の蓄積容量に不要なバイアス成分を一度は蓄
えなければならない。このため、熱型赤外線撮像素子に
応用するには、やはり積分電流、積分時間が制限され
る。
【０００９】本願発明の目的は、熱型赤外線撮像素子の
積分回路において、蓄積電荷の大多数を占めるこの不要
なバイアス成分の蓄積を抑えることで、積分電流、積分
時間を大きくし、Ｓ／Ｎの改善を図ることである。
積分回路において、蓄積電荷の大多数を占めるこの不要
なバイアス成分の蓄積を抑えることで、積分電流、積分
時間を大きくし、Ｓ／Ｎの改善を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線撮像素子
は、半導体基板上に１次元または２次元に配列され、入
射赤外線を電気信号に変換する熱電変換素子と、この熱
電変換素子がゲートにつながり、定電流で動作するＭＯ
Ｓ型トランジスタと、このＭＯＳ型トランジスタのドレ
インにつながる定電流源と、同じくこのＭＯＳ型トラン
ジスタのドレインにつながるコンデンサを有し、この定
電流で動作するＭＯＳ型トランジスタと定電流源のそれ
ぞれの定電流値をほぼ同じとしている。
は、半導体基板上に１次元または２次元に配列され、入
射赤外線を電気信号に変換する熱電変換素子と、この熱
電変換素子がゲートにつながり、定電流で動作するＭＯ
Ｓ型トランジスタと、このＭＯＳ型トランジスタのドレ
インにつながる定電流源と、同じくこのＭＯＳ型トラン
ジスタのドレインにつながるコンデンサを有し、この定
電流で動作するＭＯＳ型トランジスタと定電流源のそれ
ぞれの定電流値をほぼ同じとしている。
【００１１】あるいは、半導体基板上に１次元または２
次元に配列され、入射赤外線を電気信号に変換する熱電
変換素子と、この熱電変換素子がベースにつながり、定
電流で動作するバイポーラトランジスタと、このバイポ
ーラトランジスタのコレクタにつながる定電流源と、同
じくこのバイポーラトランジスタのコレクタにつながる
コンデンサを有し、この定電流で動作するバイポーラト
ランジスタと定電流源のそれぞれの定電流値をほぼ同じ
としている。
次元に配列され、入射赤外線を電気信号に変換する熱電
変換素子と、この熱電変換素子がベースにつながり、定
電流で動作するバイポーラトランジスタと、このバイポ
ーラトランジスタのコレクタにつながる定電流源と、同
じくこのバイポーラトランジスタのコレクタにつながる
コンデンサを有し、この定電流で動作するバイポーラト
ランジスタと定電流源のそれぞれの定電流値をほぼ同じ
としている。
【００１２】また、入射赤外線に感じない画素、いわゆ
るオプティカルブラックを持ち、このオプティカルブラ
ックにおける前記それぞれの定電流値をほぼ同じとし
て、このバイアス条件で他の画素を駆動する制御回路を
有する。
るオプティカルブラックを持ち、このオプティカルブラ
ックにおける前記それぞれの定電流値をほぼ同じとし
て、このバイアス条件で他の画素を駆動する制御回路を
有する。
【００１３】また、入射赤外線を遮断するチョッパー、
またはシャッターを持ち、入射赤外線遮断時に前記それ
ぞれの定電流値をほぼ同じとする制御回路を有する。
またはシャッターを持ち、入射赤外線遮断時に前記それ
ぞれの定電流値をほぼ同じとする制御回路を有する。
【００１４】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の赤外線撮像素子の回路図
である。ダイヤフラム９上に形成され、あるバイアス電
圧ＶＢに一端を設定したサーモパイル１を、定電流で動
作するＭＯＳトランジスタ２のゲートに接続する。この
ＭＯＳトランジスタのドレインに、定電流源３とコンデ
ンサ４を接続する。この定電流源もＭＯＳトランジスタ
で構成した方が、温度特性に対して都合がよい。さらに
この部分にスイッチとなるＭＯＳトランジスタ５を接続
し、別のＭＯＳトランジスタ６を介して出力７につなが
る。ＭＯＳトランジスタ５のゲートは垂直シフトレジス
タに、ＭＯＳトランジスタ６のゲートは水平シフトレジ
スタに接続する。各行の端にはオプティカルブラック８
を設ける。オプティカルブラックは、サーモパイルをダ
イヤフラム上ではなく、熱が逃げやすい基板の上に形成
することで、入射赤外線に感じないようにしている。
る。図１は本発明の一実施例の赤外線撮像素子の回路図
である。ダイヤフラム９上に形成され、あるバイアス電
圧ＶＢに一端を設定したサーモパイル１を、定電流で動
作するＭＯＳトランジスタ２のゲートに接続する。この
ＭＯＳトランジスタのドレインに、定電流源３とコンデ
ンサ４を接続する。この定電流源もＭＯＳトランジスタ
で構成した方が、温度特性に対して都合がよい。さらに
この部分にスイッチとなるＭＯＳトランジスタ５を接続
し、別のＭＯＳトランジスタ６を介して出力７につなが
る。ＭＯＳトランジスタ５のゲートは垂直シフトレジス
タに、ＭＯＳトランジスタ６のゲートは水平シフトレジ
スタに接続する。各行の端にはオプティカルブラック８
を設ける。オプティカルブラックは、サーモパイルをダ
イヤフラム上ではなく、熱が逃げやすい基板の上に形成
することで、入射赤外線に感じないようにしている。
【００１５】次に動作について説明する。コンデンサ４
の両端の電圧は、各画素の信号を読みだした後、電圧Ｖ
Ｒにリセットされている。いま仮に、サーモルパイルに
起電圧が発生していない時、ＭＯＳトランジスタ２と定
電流源３の定電流値が同じになるようにバイアス電圧Ｖ
Ｂを設定する。このときの様子を図４（ａ）に示す。Ｍ
ＯＳトランジスタの定電流値と定電流源がつり合ってい
るため、コンデンサには電流が流れず、コンデンサの両
端の電圧も変化しない。通常の撮像では、入射赤外線に
よってダイヤフラムの温度が変化し、サーモパイルに起
電圧が生じる。この起電圧は、ＭＯＳトランジスタの定
電流値を変化させ、この変化分ΔＩはコンデンサに蓄積
され、コンデンサの両端の電圧を変化させる。このとき
の様子を図４（ｂ）に示す。このコンデンサの両端の電
圧は、図１のＭＯＳトランジスタ５を順次オンさせて読
みだす。このコンデンサの両端の電圧の変化量ΔＶは、
コンデンサの容量をＣ０、蓄積時間をＴ０として、ΔＶ
＝ΔＩ×Ｔ０／Ｃ０となる。また、積分の帯域は、１／
２Ｔ０となる。例えばＴ０として１ｍＳの蓄積を行った
場合、帯域は５００Ｈｚとなる。ＭＯＳトランジスタの
ｇｍは、ドレイン電流をＩ、ゲート電圧をＶＧ、しきい
値電圧をＶＴとしてｇｍ＝２×Ｉ／（ＶＧ−ＶＴ）で表
される。また信号電流ΔＩは、サーモパイルの起電圧を
ＶＺとしてΔ＝ｇｍ×ＶＺとなる。いま被写体の温度の
ダイナミックレンジを±５０℃とすると、ＶＺの変化範
囲は最大約±０．１ｍＶとなる。Ｃ０を１ｐＦ、電圧の
ダイナミックレンジを±５Ｖとすると、ドレイン電流
（バイアス電流）Ｉは０．１ｍＡ、信号電流ΔＩは最大
で５ｎＡとなる。
の両端の電圧は、各画素の信号を読みだした後、電圧Ｖ
Ｒにリセットされている。いま仮に、サーモルパイルに
起電圧が発生していない時、ＭＯＳトランジスタ２と定
電流源３の定電流値が同じになるようにバイアス電圧Ｖ
Ｂを設定する。このときの様子を図４（ａ）に示す。Ｍ
ＯＳトランジスタの定電流値と定電流源がつり合ってい
るため、コンデンサには電流が流れず、コンデンサの両
端の電圧も変化しない。通常の撮像では、入射赤外線に
よってダイヤフラムの温度が変化し、サーモパイルに起
電圧が生じる。この起電圧は、ＭＯＳトランジスタの定
電流値を変化させ、この変化分ΔＩはコンデンサに蓄積
され、コンデンサの両端の電圧を変化させる。このとき
の様子を図４（ｂ）に示す。このコンデンサの両端の電
圧は、図１のＭＯＳトランジスタ５を順次オンさせて読
みだす。このコンデンサの両端の電圧の変化量ΔＶは、
コンデンサの容量をＣ０、蓄積時間をＴ０として、ΔＶ
＝ΔＩ×Ｔ０／Ｃ０となる。また、積分の帯域は、１／
２Ｔ０となる。例えばＴ０として１ｍＳの蓄積を行った
場合、帯域は５００Ｈｚとなる。ＭＯＳトランジスタの
ｇｍは、ドレイン電流をＩ、ゲート電圧をＶＧ、しきい
値電圧をＶＴとしてｇｍ＝２×Ｉ／（ＶＧ−ＶＴ）で表
される。また信号電流ΔＩは、サーモパイルの起電圧を
ＶＺとしてΔ＝ｇｍ×ＶＺとなる。いま被写体の温度の
ダイナミックレンジを±５０℃とすると、ＶＺの変化範
囲は最大約±０．１ｍＶとなる。Ｃ０を１ｐＦ、電圧の
ダイナミックレンジを±５Ｖとすると、ドレイン電流
（バイアス電流）Ｉは０．１ｍＡ、信号電流ΔＩは最大
で５ｎＡとなる。
【００１６】実際のＭＯＳトランジスタや定電流源の定
電流値は、図４に示したような理想的なものではなく、
図５に示すような有限の微分抵抗ｒ０を持つ。この場
合、積分帯域は１／（４×Ｃ０×ｒ０）となるが、Ｃ０
として１ｐＦ程度の容量を各画素に配置することは十分
可能であり、ｒ０は容易に数ＧΩにできるため、帯域を
上述したレベルに持っていく事に問題はない。
電流値は、図４に示したような理想的なものではなく、
図５に示すような有限の微分抵抗ｒ０を持つ。この場
合、積分帯域は１／（４×Ｃ０×ｒ０）となるが、Ｃ０
として１ｐＦ程度の容量を各画素に配置することは十分
可能であり、ｒ０は容易に数ＧΩにできるため、帯域を
上述したレベルに持っていく事に問題はない。
【００１７】上で仮定したＶＢの設定方法については、
オプティカルブラックを用いることで容易に実現でき
る。オプティカルブラックは入射赤外線に感じないよう
になっているため、この部分のサーモパイルに起電圧は
発生しないが、通常の画素と同様に読み出すことができ
る。図３の様にオプティカルブラックの信号（コンデン
サの両端の電圧）を抽出し、ＶＲと比較を行い、ＶＲよ
り小さければＶＢを下げ、ＶＲより大きければＶＢを上
げる。この制御は、長い時定数で行う。これによってオ
プティカルブラックにおける定電流値はつり合う。通常
の画素も同じＶＢが印加されるため、通常の画素では入
射赤外線による変化分のみが得られる。また、入射赤外
線を遮断するチョッパーやシャッターを用いることで
も、同様の事ができる。図６に示すように、チョッパー
あるいはシャッターが入射赤外線を遮ったときに上述し
た積分、およい信号の読み出しを行い、コンデンサの両
端の電圧がＶＲと同じになるようにＶＢを制御すれば良
い。チョッパーまたはシャッターが開いたときの信号分
のみがコンデンサに蓄積される。以上の説明は、通常の
常温付近の被写体を撮像する場合えあるが、常温から離
れた被写体の温度分布を見る場合、それに合わせてバイ
アス条件、つまりは電流のつり合いの関係を変えること
もできる。
オプティカルブラックを用いることで容易に実現でき
る。オプティカルブラックは入射赤外線に感じないよう
になっているため、この部分のサーモパイルに起電圧は
発生しないが、通常の画素と同様に読み出すことができ
る。図３の様にオプティカルブラックの信号（コンデン
サの両端の電圧）を抽出し、ＶＲと比較を行い、ＶＲよ
り小さければＶＢを下げ、ＶＲより大きければＶＢを上
げる。この制御は、長い時定数で行う。これによってオ
プティカルブラックにおける定電流値はつり合う。通常
の画素も同じＶＢが印加されるため、通常の画素では入
射赤外線による変化分のみが得られる。また、入射赤外
線を遮断するチョッパーやシャッターを用いることで
も、同様の事ができる。図６に示すように、チョッパー
あるいはシャッターが入射赤外線を遮ったときに上述し
た積分、およい信号の読み出しを行い、コンデンサの両
端の電圧がＶＲと同じになるようにＶＢを制御すれば良
い。チョッパーまたはシャッターが開いたときの信号分
のみがコンデンサに蓄積される。以上の説明は、通常の
常温付近の被写体を撮像する場合えあるが、常温から離
れた被写体の温度分布を見る場合、それに合わせてバイ
アス条件、つまりは電流のつり合いの関係を変えること
もできる。
【００１８】図２に本発明の第２の実施例の回路図を示
す。この実施例では、熱電変換素子として温度変化に対
して抵抗値が変わるボロメータを用いている。ボロメー
タは通常、電流の変化を使うため、図のようにバイポー
ラトランジスタを使った方がよい。温度特性の観点から
定電流源１２もバイポーラトランジスタで構成した方が
よい。その他の動作は、サーモパイルの場合とほぼ同じ
である。
す。この実施例では、熱電変換素子として温度変化に対
して抵抗値が変わるボロメータを用いている。ボロメー
タは通常、電流の変化を使うため、図のようにバイポー
ラトランジスタを使った方がよい。温度特性の観点から
定電流源１２もバイポーラトランジスタで構成した方が
よい。その他の動作は、サーモパイルの場合とほぼ同じ
である。
【００１９】以上の説明及び図は、ＭＯＳトランジスタ
についてはＮ型、バイポーラトランジスタについてはＮ
ＰＮを仮定したが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰバ
イポーラトランジスタでも同様の回路を構成できる。
についてはＮ型、バイポーラトランジスタについてはＮ
ＰＮを仮定したが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰバ
イポーラトランジスタでも同様の回路を構成できる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明した様に本発明は、ノイズ低減
のための積分回路に於て、通常限られた容量の中でバイ
アス電流と信号電流の両方を蓄積していたのを、信号電
流のみ蓄積することによって、バイアス電流を大幅に大
きくすることができる。Ｓ／Ｎはバイアス電流の増大と
共に改善されるため、Ｓ／Ｎを大幅に改善することがで
きる。上述した実施例の条件では、バイアス電流は信号
電流の少なくとも２００００倍程度にも達する。これと
同じＳ／Ｎを従来の技術で得るには、このバイアス電流
を蓄える２００００倍の容量が必要となる。
のための積分回路に於て、通常限られた容量の中でバイ
アス電流と信号電流の両方を蓄積していたのを、信号電
流のみ蓄積することによって、バイアス電流を大幅に大
きくすることができる。Ｓ／Ｎはバイアス電流の増大と
共に改善されるため、Ｓ／Ｎを大幅に改善することがで
きる。上述した実施例の条件では、バイアス電流は信号
電流の少なくとも２００００倍程度にも達する。これと
同じＳ／Ｎを従来の技術で得るには、このバイアス電流
を蓄える２００００倍の容量が必要となる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路図である。
【図３】オプティカルブラックによるバイアス電圧の制
御を示すブロックダイヤグラムである。
御を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】バイアス電流と信号電流を説明するグラフであ
る。
る。
【図５】実際の定電流源の微分抵抗を説明するグラフで
ある。
ある。
【図６】チョッパーまたはシャッターによるバイアス電
圧の制御を示すグラフである。
圧の制御を示すグラフである。
【図７】従来の技術の回路図である。
【図８】従来の技術の回路図である。
【図９】従来の技術の回路図である。
１，１９，２６ サーモパイル ２，２０ ＭＯＳトランジスタ ３，１２ 定電流源 ４，１３，２１ コンデンサ ５，６，１４，１５，２２ スイッチＭＯＳトランジ
スタ ７，１６ 出力 ８，１７ オプティカルブラック ９，１８ ダイヤフラム １０ ボロメータ １１ バイポーラトランジスタ ２３ 垂直ＣＣＤ ２４ 水平ＣＣＤ ２５ 出力部 ２７ ショットキーバリア ２８ 掃き出しゲート ２９ 読み出しゲート ３０ ＣＣＤ
スタ ７，１６ 出力 ８，１７ オプティカルブラック ９，１８ ダイヤフラム １０ ボロメータ １１ バイポーラトランジスタ ２３ 垂直ＣＣＤ ２４ 水平ＣＣＤ ２５ 出力部 ２７ ショットキーバリア ２８ 掃き出しゲート ２９ 読み出しゲート ３０ ＣＣＤ
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に１次元または２次元に配
列され、入射赤外線を電気信号に変換する熱電変換素子
と、この熱電変換素子がゲートにつながり、定電流で動
作するＭＯＳ型トランジスタと、このＭＯＳ型トランジ
スタのドレインにつながる定電流源と、同じくこのＭＯ
Ｓ型トランジスタのドレインにつながるコンデンサを有
し、この定電流で動作するＭＯＳ型トランジスタと定電
流源のそれぞれの定電流値は、ほぼ同じとする事を特徴
とする赤外線撮像素子。 - 【請求項２】 半導体基板上に１次元または２次元に配
列され、入射赤外線を電気信号に変換する熱電変換素子
と、この熱電変換素子がベースにつながり、定電流で動
作するバイポーラトランジスタと、このバイポーラトラ
ジスタのコレクタにつながる定電流源と、同じくこのバ
イポーラトランジスタのコレクタにつながるコンデンサ
を有し、この定電流で動作するバイポーラトランジスタ
と定電流源のそれぞれの定電流値は、ほぼ同じとする事
を特徴とする赤外線撮像素子。 - 【請求項３】 入射赤外線に感じない画素、いわゆるオ
プティカルブラックを持ち、このオプティカルブラック
における前記それぞれの定電流値をほぼ同じとして、こ
のバイアス条件で他の画素を駆動する制御回路を持つこ
とを特徴とする、請求項１、２記載の赤外線撮像素子。 - 【請求項４】 入射赤外線を遮断するチョッパー、また
はシャッターを持ち、入射赤外線遮断時に前記それぞれ
の定電流値をほぼ同じとする制御回路を持つことを特徴
とする、請求項１、２記載の赤外線撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5330204A JP2699847B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 赤外線撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5330204A JP2699847B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 赤外線撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193752A JPH07193752A (ja) | 1995-07-28 |
| JP2699847B2 true JP2699847B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=18230009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5330204A Expired - Lifetime JP2699847B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 赤外線撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699847B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2993557B2 (ja) * | 1996-04-19 | 1999-12-20 | 日本電気株式会社 | 熱型赤外線撮像装置およびその駆動方法 |
| USRE38527E1 (en) * | 1996-04-19 | 2004-06-08 | Nec Corporation | Thermal-type infrared imaging device |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5330204A patent/JP2699847B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07193752A (ja) | 1995-07-28 |
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