JP3518181B2 - Thermal infrared image sensor - Google Patents

Thermal infrared image sensor

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JP3518181B2
JP3518181B2 JP19960996A JP19960996A JP3518181B2 JP 3518181 B2 JP3518181 B2 JP 3518181B2 JP 19960996 A JP19960996 A JP 19960996A JP 19960996 A JP19960996 A JP 19960996A JP 3518181 B2 JP3518181 B2 JP 3518181B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線イメー
ジセンサに関し、特にボロメータを用いた熱型赤外線イ
メージセンサにおいて、簡単な装置構成により自己発熱
の影響を受けることなく的確に赤外線放射を検出できる
ようにした技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal infrared image sensor, and in particular, in a thermal infrared image sensor using a bolometer, infrared radiation can be accurately detected by a simple device configuration without being affected by self-heating. Regarding the technology that was done.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば暖かい人体などから放出さ
れる赤外線放射を検出するため種々の形式の赤外線イメ
ージセンサが開発されている。赤外線イメージセンサの
1つの例はボロメータを熱センサとして使用したもので
あり、例えば特開平2−196929号公報に開示され
たものが知られている。ボロメータは赤外線照射などに
よる温度上昇(変化)に応じて抵抗値が変化する素子で
ある。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of infrared image sensors have been developed to detect infrared radiation emitted from a warm human body. One example of an infrared image sensor uses a bolometer as a heat sensor, and for example, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-196929 is known. A bolometer is an element whose resistance value changes according to temperature rise (change) due to infrared irradiation.

【0003】図5は、特開平2−196929号公報に
開示された赤外線イメージ・システムの概略の構成を示
す。同図の構成においては、暖かい人体116からの赤
外線放射が赤外線レンズシステム102およびチョッパ
104を介してボロメータのアレイ106に入射する。
ボロメータのアレイ106は駆動および読み出し電子装
置108によって走査されて暖かい人体116の赤外線
像に対応する信号が得られ、ビデオプロセッサ110に
よって適切な信号形式に変換された後ディスプレイ11
2で表示される。
FIG. 5 shows a schematic configuration of the infrared image system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-196929. In the configuration of the figure, infrared radiation from warm human body 116 is incident on array of bolometers 106 via infrared lens system 102 and chopper 104.
The array of bolometers 106 is scanned by drive and readout electronics 108 to obtain a signal corresponding to an infrared image of a warm human body 116, which is then converted by a video processor 110 into a suitable signal format before display 11.
It is displayed as 2.

【0004】図6は、図5の赤外線イメージ・システム
におけるボロメータのアレイ106の構成を示し、かつ
図7はボロメータのアレイ106における1つの画素の
構成を断面図で示している。図5を参照して説明したよ
うに、暖かい人体のような被写体116の赤外線像が赤
外線レンズシステム102およびチョッパ104を介し
てボロメータのアレイ106上に結像する。ボロメータ
のアレイ106においては、図6に示されるように、各
画素140において、入射した赤外線像の赤外線がボロ
メータ抵抗Rに照射され、該ボロメータ抵抗Rの温
度が変化することにより抵抗値が変化する。これによ
り、バイアス電圧182(V)とグランド間に直列接続
されたボロメータ抵抗Rおよび固定抵抗Rの接続点
から得られる電圧が変化する。この電圧の変化をコンデ
ンサ122、アンプ120、スイッチ132を経由して
行読み出し回路128から外部に取り出し、図5の駆動
および読み出し電子装置108に供給する。
FIG. 6 shows the configuration of the array of bolometers 106 in the infrared image system of FIG. 5, and FIG. 7 shows the configuration of one pixel in the array of bolometers 106 in cross section. As described with reference to FIG. 5, an infrared image of a subject 116, such as a warm human body, is imaged through the infrared lens system 102 and the chopper 104 onto the array of bolometers 106. In the array 106 of the bolometer, as shown in FIG. 6, in each pixel 140, infrared infrared image incident is irradiated to the bolometer resistance R B, the resistance value by the temperature of the bolometer resistance R B is changed Change. As a result, the voltage obtained from the connection point of the bolometer resistance R B and the fixed resistance R L connected in series between the bias voltage 182 (V) and the ground changes. This change in voltage is taken out from the row read circuit 128 via the capacitor 122, the amplifier 120, and the switch 132, and is supplied to the driving and reading electronic device 108 in FIG.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の赤外線イ
メージセンサにおいては、信号対雑音比(S/N)のよ
い画像を得るためには図6の各画素140における抵抗
,Rを小さくしこれらの抵抗に多くの電流を流す
必要があった。
In the conventional infrared image sensor described above, in order to obtain an image with a good signal-to-noise ratio (S / N), the resistors R B and R L in each pixel 140 in FIG. It was necessary to make them smaller and to pass a large amount of current through these resistors.

【0006】その理由は、一般に抵抗Rは以下の数式1
で示す熱雑音Vnを発生することから説明できる。
The reason is that the resistance R is generally expressed by the following equation 1
This can be explained by generating the thermal noise Vn indicated by.

【数1】Vn=2(kTRΔf)1/2 但し、kはボルツマン定数、Tは抵抗体の温度、Rは抵
抗体の抵抗値、Δfは電子回路の周波数帯域幅である。
したがって、数式1より、ノイズVnは抵抗体の抵抗値
Rを小さくすればするほど減少することが分かる。
## EQU1 ## Vn = 2 (kTRΔf) 1/2 where k is the Boltzmann constant, T is the temperature of the resistor, R is the resistance of the resistor, and Δf is the frequency bandwidth of the electronic circuit.
Therefore, it can be seen from Equation 1 that the noise Vn decreases as the resistance value R of the resistor is reduced.

【0007】一方、図6の回路で抵抗RとRの接続
点の電圧は、抵抗RとRとの比が一定でありかつバ
イアス電圧Vが一定であれば一定となる。すなわち、こ
の抵抗比およびバイアス電圧Vが一定であれば信号Vs
は一定となり、信号対雑音比S/Nは各抵抗値を下げる
ほど改善される。
On the other hand, the voltage of the connection point of the resistors R B and R L in the circuit of FIG. 6, the ratio of the resistance R B and R L is constant as long as it and a bias voltage V is constant constant. That is, if the resistance ratio and the bias voltage V are constant, the signal Vs
Is constant, and the signal-to-noise ratio S / N is improved as the resistance value is lowered.

【0008】ところが、バイアス電圧Vを一定にして、
各抵抗の抵抗値を下げると電流Iが増加し、抵抗で消費
される電力W=V×Iが増加してしまう。抵抗で消費し
た電力Wは熱に変換される。そのため、この熱によって
抵抗体の温度が上昇する自己発熱現象が起こる。
However, with the bias voltage V kept constant,
When the resistance value of each resistor is lowered, the current I increases and the power W = V × I consumed by the resistor increases. The electric power W consumed by the resistance is converted into heat. Therefore, this heat causes a self-heating phenomenon in which the temperature of the resistor rises.

【0009】ボロメータを用いた熱型赤外線イメージセ
ンサは、受光した赤外線によるボロメータの温度上昇を
利用して赤外線画像を得るから、このような自己発熱現
象は画像信号のオフセットの原因となる。
Since the thermal infrared image sensor using the bolometer obtains an infrared image by utilizing the temperature rise of the bolometer due to the received infrared rays, such a self-heating phenomenon causes an offset of the image signal.

【0010】したがって、本発明は、このような従来例
の装置における問題点に鑑み、簡単な装置構成によりボ
ロメータを用いた熱型赤外線イメージセンサの自己発熱
を抑制し、画像信号のオフセットを除去して高忠実度か
つ高品質の赤外線画像を得ることができるようにするこ
とにある。
Therefore, in view of the problems in the conventional device, the present invention suppresses the self-heating of the thermal infrared image sensor using the bolometer and removes the offset of the image signal with a simple device configuration. To obtain a high-fidelity and high-quality infrared image.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の態樣に係わる熱型赤外線イメージセ
ンサではそれぞれ赤外線照射によって温度上昇を生じる
複数のボロメータと、前記各々のボロメータに対応して
設けられた複数の電荷蓄積手段と、前記各々のボロメー
タと対応する電荷蓄積手段との間に接続された複数のス
イッチ素子とを設ける。そして、前記スイッチ素子をそ
れぞれオンとして前記電荷蓄積手段の電荷を前記ボロメ
ータを通して所定時間放電した後に、前記各電荷蓄積手
段の残留電荷に対応する信号を出力する。
In order to achieve the above object, in the thermal infrared image sensor according to the first aspect of the present invention, a plurality of bolometers each of which causes a temperature rise by infrared irradiation and each of the bolometers are provided. A plurality of charge storage means provided correspondingly and a plurality of switch elements connected between each of the bolometers and the corresponding charge storage means are provided. Then, each of the switch elements is turned on to discharge the charge of the charge storage means through the bolometer for a predetermined time, and then a signal corresponding to the residual charge of each charge storage means is output.

【0012】すなわち、本発明ではこのようにボロメー
タの抵抗値の変化を検出する方法として、従来のように
抵抗に一定電圧を印加しその電流の変化から抵抗値の変
化を知るという電流モード読み出しではなく、前記電荷
蓄積手段に充電した電荷をボロメータを通して所定時間
放電させ、残留電荷に対応する信号を出力することによ
り抵抗値の変化を知るという蓄積モード読み出しを使用
している。このため、ボロメータの自己発熱による影響
を除去することができ、オフセットの少ない赤外線画像
を得ることが可能になる。
That is, according to the present invention, as a method for detecting the change in the resistance value of the bolometer in this way, in the current mode reading in which a constant voltage is applied to the resistance and the change in the resistance value is known from the change in the current as in the conventional method. Instead, the electric charge accumulated in the electric charge accumulating means is discharged through the bolometer for a predetermined time, and a signal corresponding to the residual electric charge is output to know the change in the resistance value. Therefore, the influence of self-heating of the bolometer can be removed, and an infrared image with less offset can be obtained.

【0013】この場合、さらに、一端が前記電荷蓄積手
段に接続された第2のスイッチ素子と、該第2のスイッ
チ素子の他端と電源との間の回路に接続された負荷抵抗
とを備え、該負荷抵抗を介して前記電荷蓄積手段に流れ
る誘電電流に基づき出力信号を得るよう構成すると好都
合である。
In this case, further, a second switch element having one end connected to the charge storage means, and a load resistor connected to a circuit between the other end of the second switch element and the power supply are provided. Conveniently, the output signal is obtained based on the dielectric current flowing in the charge storage means via the load resistor.

【0014】このような構成では、前記電荷蓄積手段の
電荷をボロメータを通して所定時間放電した後に、第2
のスイッチ素子をオンとし、前記電源から負荷抵抗を介
して前記電荷蓄積手段を再充電する。この再充電の際の
充電電流の大きさは前記電荷蓄積手段の残留電荷が少な
いほど大きくなる。したがって、この充電電流によって
前記負荷抵抗の両端に生じる電圧は前記電荷蓄積手段の
残留電荷の量に関連し、したがって前記ボロメータの抵
抗値に関連する。これによって前記負荷抵抗の電圧を取
り出すことにより、ボロメータの抵抗値の変化を知るこ
とができ、簡単な装置構成で的確に赤外線画像信号を得
ることができる。
In such a structure, after the charge of the charge storage means is discharged through the bolometer for a predetermined time, the second charge
The switch element is turned on, and the charge storage means is recharged from the power source through the load resistor. The magnitude of the charging current during this recharging increases as the residual charge in the charge storage means decreases. Therefore, the voltage developed across the load resistance by this charging current is related to the amount of residual charge in the charge storage means and thus to the resistance of the bolometer. Thus, by extracting the voltage of the load resistance, it is possible to know the change in the resistance value of the bolometer, and it is possible to obtain an infrared image signal accurately with a simple device configuration.

【0015】本発明の第2の態樣に係わる熱型赤外線イ
メージセンサでは、行および列方向に沿ってマトリクス
状に配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じ
る複数のボロメータと、前記各々のボロメータに対応し
て設けられた複数の電荷蓄積容量と、前記各々のボロメ
ータと対応する電荷蓄積容量との間に接続された複数の
第1のスイッチ素子と、各列ごとに設けられた複数の垂
直ラインと、前記各々の電荷蓄積容量と対応する垂直ラ
インとの間に接続された複数の第2のスイッチ素子とを
備えている。
In the thermal infrared image sensor according to the second aspect of the present invention, a plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises a temperature by infrared irradiation, and each of the bolometers. A plurality of charge storage capacitors provided in correspondence with the plurality of first switch elements connected between each of the bolometers and the corresponding charge storage capacitors, and a plurality of vertical switches provided for each column. And a plurality of second switch elements connected between the line and a vertical line corresponding to each of the charge storage capacitors.

【0016】このような熱型赤外線イメージセンサで
は、各行ごとに前記第1のスイッチ素子を導通させて前
記蓄積容量の電荷を対応する前記ボロメータを通して所
定時間放電する。そして、その後前記第2のスイッチを
導通させて各垂直ラインを介し前記蓄積容量を充電し、
該充電の際の充電電流に対応する信号を前記垂直ライン
を介して順次出力する。
In such a thermal infrared image sensor, the first switch element is turned on for each row to discharge the charge of the storage capacitor through the corresponding bolometer for a predetermined time. Then, after that, the second switch is turned on to charge the storage capacitor through each vertical line,
A signal corresponding to the charging current during the charging is sequentially output through the vertical line.

【0017】これによって、人体その他の赤外線放射に
よる画像に対応する画像信号をマトリクス状に配置され
たボロメータによって得ることができ、この場合も各ボ
ロメータの自己発熱はほとんどなく、したがって高品質
の画像を低消費電力で得ることが可能になる。
As a result, an image signal corresponding to an image of a human body or other infrared radiation can be obtained by the bolometers arranged in a matrix, and in this case as well, there is almost no self-heating of each bolometer, and therefore a high-quality image is obtained. It can be obtained with low power consumption.

【0018】本発明の第3の態樣に係わる熱型赤外線イ
メージセンサでは、行および列方向に沿ってマトリクス
状に配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じ
る複数のボロメータと、前記各々のボロメータに対応し
て設けられ、一端が対応するボロメータに接続された複
数のスイッチ素子と、各列ごとに設けられ、それぞれ各
列に配置されたボロメータに対応する前記スイッチ素子
の他端が共通に接続された複数の垂直ラインと、前記各
垂直ラインごとに設けられかつ対応する垂直ラインに接
続された蓄積容量とを備えている。
In the thermal infrared image sensor according to the third aspect of the present invention, a plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises the temperature by infrared irradiation, and each of the bolometers. And a plurality of switch elements each having one end connected to a corresponding bolometer, and the other end of each of the switch elements corresponding to the bolometers arranged in each column connected in common. A plurality of vertical lines and a storage capacitor provided for each vertical line and connected to the corresponding vertical line.

【0019】このような熱型赤外線イメージセンサで
は、順次前記各行のスイッチ素子を導通させて各垂直ラ
インごとに設けられた前記蓄積容量の電荷を前記ボロメ
ータを通して所定時間放電する。その後垂直ラインを介
して各蓄積容量を充電し、この際の充電電流から前記蓄
積容量の残留電荷に対応する信号を前記垂直ラインを介
して順次出力する。
In such a thermal infrared image sensor, the switch elements in each row are sequentially turned on to discharge the electric charge of the storage capacitors provided in each vertical line through the bolometer for a predetermined time. After that, each storage capacitor is charged through the vertical line, and a signal corresponding to the residual charge of the storage capacitor is sequentially output from the charging current at this time through the vertical line.

【0020】この場合も、前記第2の態樣のものと同様
に、人体その他の赤外線放射による画像に対応する画像
信号を自己発熱による悪影響を生じることなく高品質で
得ることができる。また、蓄積容量は各垂直ラインごと
に設けるのみでよいから、装置構成が簡略化され、かつ
集積回路基板上における蓄積容量の占有面積を小さくす
ることができ、高密度の実装を行なうことができる。
Also in this case, as in the case of the second aspect, an image signal corresponding to an image of a human body or other infrared radiation can be obtained with high quality without causing an adverse effect due to self-heating. Further, since the storage capacitor need only be provided for each vertical line, the device configuration is simplified, the area occupied by the storage capacitor on the integrated circuit board can be reduced, and high-density mounting can be performed. .

【0021】この場合、前記蓄積容量は垂直ラインごと
に別個の容量素子を設けて構成してもよいが、別の方法
として、前記蓄積容量の少なくとも一部を垂直ラインの
寄生容量で構成することもできる。この場合は装置構成
を簡略化することができ、集積回路上における蓄積容量
のスペースを設ける必要がなくなり、あるいは該スペー
スを低減することができる。
In this case, the storage capacitor may be configured by providing a separate capacitance element for each vertical line, but as another method, at least a part of the storage capacitor is configured by the parasitic capacitance of the vertical line. You can also In this case, the device configuration can be simplified, it is not necessary to provide a space for the storage capacitor on the integrated circuit, or the space can be reduced.

【0022】本発明の第4の態樣に係わる熱型赤外線イ
メージセンサでは、行および列方向に沿ってマトリクス
状に配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じ
る複数のボロメータと、前記各々のボロメータに対応し
て設けられた複数の電荷蓄積容量と、前記各々のボロメ
ータと対応する電荷蓄積容量との間に接続された複数の
第1のスイッチ素子と、それぞれ前記各々の電荷蓄積容
量と前記第1のスイッチ素子の接続点に一端が接続され
た複数の第2のスイッチ素子と、各列ごとに設けられ、
それぞれ各列に配置されたボロメータに対応する前記第
2のスイッチ素子の他端が共通に接続された複数の垂直
ラインと、前記垂直ラインの各々と水平出力ラインとの
間に接続された水平スイッチ素子と、前記第1および第
2のスイッチ素子を順次行ごとに所定の順序で導通させ
る垂直走査回路と、前記水平スイッチ素子を順次駆動す
る水平走査回路と、前記電荷蓄積容量の他方の端子と前
記水平出力ラインとの間に負荷抵抗を介してバイアス電
圧を供給するためのバイアス電圧供給手段とを備えてい
る。
In the thermal infrared image sensor according to the fourth aspect of the present invention, a plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises the temperature by infrared irradiation, and each of the bolometers. A plurality of charge storage capacitors provided corresponding to the plurality of charge storage capacitors, a plurality of first switch elements connected between the respective bolometers and the corresponding charge storage capacitors, and the respective charge storage capacitors and the first charge storage capacitors. A plurality of second switch elements each having one end connected to a connection point of one switch element, and provided for each column,
A plurality of vertical lines to which the other ends of the second switch elements corresponding to the bolometers arranged in each column are commonly connected, and a horizontal switch connected between each of the vertical lines and a horizontal output line. An element, a vertical scanning circuit that sequentially connects the first and second switch elements in a predetermined order for each row, a horizontal scanning circuit that sequentially drives the horizontal switch element, and the other terminal of the charge storage capacitor. Bias voltage supply means for supplying a bias voltage to the horizontal output line via a load resistor.

【0023】このような熱型赤外線イメージセンサでは
前記第1のスイッチ素子を行ごとに順次導通させて前記
電荷蓄積容量の電荷を各々の対応するボロメータを介し
て所定時間放電する。その後、第2のスイッチ素子と前
記水平スイッチ素子を順次オンとして各列の電荷蓄積容
量に前記負荷抵抗を介して充電電流を供給し、該充電電
流の大きさに対応する信号を出力する。
In such a thermal infrared image sensor, the first switch elements are sequentially turned on for each row to discharge the charges of the charge storage capacitors through the corresponding bolometers for a predetermined time. After that, the second switch element and the horizontal switch element are sequentially turned on to supply the charge current to the charge storage capacitors of each column through the load resistor and output a signal corresponding to the magnitude of the charge current.

【0024】このような構成によっても、前述の第2の
態樣に係わる熱型赤外線イメージセンサの場合と同様
に、人体その他の赤外線放射による2次元画像に対応す
る画像信号を得ることができ、しかもボロメータの自己
発熱によって画像信号がオフセットされることがなくな
り高品質かつ高い忠実度の画像を得ることができる。
With such a structure, as in the case of the thermal infrared image sensor according to the second aspect, it is possible to obtain an image signal corresponding to a two-dimensional image due to infrared radiation of the human body or the like. Moreover, the image signal is not offset by the self-heating of the bolometer, and an image of high quality and high fidelity can be obtained.

【0025】本発明の第5の態樣に係わる熱型赤外線イ
メージセンサでは、行および列方向に沿ってマトリクス
状に配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じ
る複数のボロメータと、前記各々のボロメータに対応し
て設けられ、一端が対応するボロメータの一端に接続さ
れた複数のスイッチ素子と、各列ごとに設けられ、それ
ぞれ各列に配置されたボロメータに対応する前記スイッ
チ素子の他端が共通に接続された複数の垂直ラインと、
前記各垂直ラインごとに設けられかつ対応する垂直ライ
ンに接続された電荷蓄積容量と、前記垂直ラインの各々
と水平出力ラインとの間に接続された水平スイッチ素子
と、各行に配置されたボロメータに接続されたスイッチ
素子を順次行ごとに導通させる垂直走査回路と、前記水
平スイッチ素子を順次駆動する水平走査回路と、前記ボ
ロメータの他方の端子と前記水平出力ラインとの間に負
荷抵抗を介してバイアス電圧を供給するためのバイアス
電圧供給手段とを備えている。
In the thermal infrared image sensor according to the fifth aspect of the present invention, a plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises the temperature by infrared irradiation, and each of the bolometers. Corresponding to the plurality of switch elements, one end of which is connected to one end of the corresponding bolometer, and the other end of the switch element, which is provided for each column and corresponds to the bolometers arranged in each column, are common. Multiple vertical lines connected to
A charge storage capacitor provided for each vertical line and connected to a corresponding vertical line, a horizontal switch element connected between each of the vertical lines and a horizontal output line, and a bolometer arranged in each row. A vertical scanning circuit that sequentially connects the connected switch elements row by row, a horizontal scanning circuit that sequentially drives the horizontal switch elements, and a load resistor between the other terminal of the bolometer and the horizontal output line. And a bias voltage supply means for supplying a bias voltage.

【0026】このような熱型赤外線イメージセンサで
は、前記スイッチ素子を行ごとに順次導通させて各垂直
ラインごとに設けられた前記電荷蓄積容量の電荷を各ボ
ロメータを介して所定時間放電する。その後、前記水平
スイッチ素子を順次オンとして各列の電荷蓄積容量に前
記負荷抵抗を介して充電電流を供給し、該充電電流の大
きさに対応する信号を出力する。
In such a thermal infrared image sensor, the switch elements are sequentially turned on for each row, and the charges of the charge storage capacitors provided on each vertical line are discharged for a predetermined time through each bolometer. After that, the horizontal switch elements are sequentially turned on to supply the charge current to the charge storage capacitors of each column through the load resistors, and the signal corresponding to the magnitude of the charge current is output.

【0027】この場合も前記第4の態樣に係わる熱型赤
外線イメージセンサと同様の利点が得られ、かつその他
に前記第3の態樣に係わる熱型赤外線イメージセンサの
場合と同様に、蓄積容量が各垂直ラインごとに設けるの
みでよいから、蓄積容量が集積回路基板上に占める面積
を小さくすることができ、高い集積度のイメージセンサ
が得られる。
Also in this case, the same advantages as those of the thermal infrared image sensor according to the fourth aspect can be obtained, and in addition to the above, the accumulation can be performed similarly to the case of the thermal infrared image sensor according to the third aspect. Since the capacitance need only be provided for each vertical line, the area occupied by the storage capacitance on the integrated circuit substrate can be reduced, and an image sensor with a high degree of integration can be obtained.

【0028】さらに、この場合も、前記電荷蓄積容量の
少なくとも一部を垂直ラインの寄生容量で構成すること
ができ、集積回路基板上の電荷蓄積容量の占有面積を少
なくしあるいは除去し、高密度の実装を行なうことが可
能になる。
Further, also in this case, at least a part of the charge storage capacitors can be formed by the parasitic capacitance of the vertical line, and the area occupied by the charge storage capacitors on the integrated circuit substrate can be reduced or eliminated to achieve high density. Can be implemented.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態に係わる
熱型赤外線イメージセンサにつき説明するに先立ち、本
発明に係わる熱型赤外線イメージセンサと図5〜図7に
示した従来のイメージセンサとの間の消費電力およびノ
イズなどにつき比較検討を行なう。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to describing a thermal infrared image sensor according to a preferred embodiment of the present invention, a thermal infrared image sensor according to the present invention and a conventional image sensor shown in FIGS. Power consumption and noise between the two will be compared and examined.

【0030】本発明においては、容量をボロメータの抵
抗によって放電するという方法を採用しているので、従
来のものと比較してノイズや消費電力の発生の機構が異
なる。今、例えば容量値Cの容量が電圧Vに充電され
ているとき、これを抵抗値Rの抵抗で放電する場合を考
慮すると、時間tを変数とし、容量の電圧Vは次の数式
で与えられる。
In the present invention, since the method of discharging the capacitance by the resistance of the bolometer is adopted, the mechanism of generating noise and power consumption is different from the conventional one. Now, for example, when the capacitance of the capacitance value C is charged to the voltage V 0 , and considering the case of discharging it by the resistance of the resistance value R, the time t is used as a variable, and the capacitance voltage V is given by the following formula. To be

【数2】V=Vexp(−t/CR)[Number 2] V = V 0 exp (-t / CR)

【0031】時間0からtまで数式2を積分すると、
時間tで放電した電荷量Qが得られる。
Integrating Equation 2 from time 0 to t 0 gives
The amount of charge Q 0 discharged at time t 0 is obtained.

【数3】Q=CV{1−exp(−t/CR)}## EQU3 ## Q 0 = CV 0 {1-exp (-t 0 / CR)}

【0032】また、この間に抵抗Rで消費される電力W
は次式で与えられる。
In addition, the power W consumed by the resistor R during this period
0 is given by the following equation.

【数4】 W=CV {1−exp(−2t/CR)}## EQU00004 ## W 0 = CV 0 2 {1-exp (-2t 0 / CR)}

【0033】次に、標準的なNTSC方式のテレビジョ
ンフォーマットで従来の方法と本発明に係わる方法によ
るものとの消費電力を比較する。条件として、例えば、
ボロメータの抵抗値が1%変化したときの信号がノイズ
の100倍となる場合を考える。
Next, the power consumption of the conventional method and the method according to the present invention in the standard NTSC television format will be compared. As a condition, for example,
Consider a case where the signal when the resistance value of the bolometer changes by 1% is 100 times the noise.

【0034】まず、従来の方法では、RとR(図
6)を等しいと仮定すると、抵抗Rが1%変化する
と、出力はバイアス電圧Vの0.25%変化する。一方
ノイズは、前記数式1にΔf=4.2MHz,k=1.
38×10−23,T=300を代入すると次式で得ら
れる。
First, in the conventional method, assuming that R B and R L (FIG. 6) are equal, when the resistance R B changes by 1%, the output changes by 0.25% of the bias voltage V. On the other hand, as for noise, Δf = 4.2 MHz, k = 1.
Substituting 38 × 10 −23 and T = 300 gives the following equation.

【数5】Vn=2.637×10−7×(R)1/2 (5) Vn = 2.637 × 10 −7 × (R) 1/2

【0035】さらに、前記バイアス電圧Vを1(V)と
仮定すると、信号Vsは2.5×10−3Vであるか
ら、数式5とVsがVnの100倍であることから次式
が得られる。
Further, assuming that the bias voltage V is 1 (V), since the signal Vs is 2.5 × 10 −3 V, the following equation is obtained from the equation 5 and Vs is 100 times Vn. To be

【数6】R=9(kΩ)[Equation 6] R = 9 (kΩ)

【0036】また、消費電力Wはバイアス電圧1Vと前
記数式6の抵抗値から次式のようになる。
The power consumption W is given by the following equation based on the bias voltage of 1 V and the resistance value of the equation (6).

【数7】W=5.6×10−5(W)## EQU7 ## W = 5.6 × 10 -5 (W)

【0037】これに対し、本発明では、一例としてt
=CRとし、抵抗Rが1%変化したとすると、放電する
電荷の差ΔQは次式のようになる。
On the other hand, in the present invention, as an example, t 0
= CR and the resistance R changes by 1%, the difference ΔQ 0 of the discharged electric charges is as follows.

【数8】ΔQ=3.66×10−3×CV ΔQ 0 = 3.66 × 10 −3 × CV 0

【0038】この電荷の差ΔQを電子数に換算すると
信号電子数Nsは次式で与えられる。
Converting this charge difference ΔQ 0 into the number of electrons, the number of signal electrons Ns is given by the following equation.

【数9】Ns=3.66×10−3×CV/q 但しqは電子の電荷量で1.6×10−19(C)であ
る。
Ns = 3.66 × 10 −3 × CV 0 / q where q is the electron charge amount and is 1.6 × 10 −19 (C).

【0039】また、ノイズはショットノイズとなるの
で、次のようにして求めることができる。すなわち、t
=CRを前記数式3に代入して次の式を得る。
Since the noise becomes shot noise, it can be obtained as follows. That is, t
Substituting 0 = CR into Equation 3 above, the following equation is obtained.

【数10】Q=0.632×CV ## EQU10 ## Q 0 = 0.632 × CV 0

【0040】この数式10で示されるQを電子数に換
算するとNが次式で得られる。
Converting Q 0 shown in Equation 10 into the number of electrons, N 0 is obtained by the following equation.

【数11】N=0.632×CV/q## EQU11 ## N 0 = 0.632 × CV 0 / q

【0041】数式で11示されるNの平方根がノイズ
電子数Nnとなり次式で得られる。
The square root of N 0 expressed by the equation 11 becomes the number Nn of noise electrons and is obtained by the following equation.

【数12】Nn=(0.632×CV/q)1/2 ## EQU12 ## Nn = (0.632 × CV 0 / q) 1/2

【0042】したがって、従来と同様にNsがNnの1
00倍の条件では、前記数式9と数式12からCV
次式で得られる。
Therefore, as in the conventional case, Ns is 1 of Nn.
Under the condition of 00 times, CV 0 is obtained by the following equation from the above equations 9 and 12.

【数13】CV=7.55×10−11 CV 0 = 7.55 × 10 −11

【0043】また、従来と同様にバイアス電圧Vを1
Vとすると容量Cは次式で得られる。
The bias voltage V 0 is set to 1 as in the conventional case.
If V is set, the capacitance C is obtained by the following equation.

【数14】C=75.5(pF)## EQU14 ## C = 75.5 (pF)

【0044】したがって、消費電力は前記数式4にC=
75.5pF,V=1V,t=CRを代入して次式
で得られる。
Therefore, the power consumption is C =
Substituting 75.5 pF, V 0 = 1V, t 0 = CR, it is obtained by the following equation.

【数15】W=6.5×10−11 (W)## EQU15 ## W 0 = 6.5 × 10 -11 (W)

【0045】標準的なNTSCテレビジョン方式では、
1秒間に30フレームの画像を出力するから、本発明で
は1画素で消費する電力Wは前記Wの30倍となり次
式で与えられる。
In the standard NTSC television system,
Since an image of 30 frames is output per second, in the present invention, the electric power W consumed by one pixel is 30 times that of W 0 and is given by the following equation.

【数16】W=1.95×10−9 (W)(16) W = 1.95 × 10 −9 (W)

【0046】したがって、本発明による消費電力は前記
数式7で示される従来のものの消費電力と比べて1/2
8000倍に低減されることになる。
Therefore, the power consumption according to the present invention is 1/2 that of the conventional power consumption expressed by the equation (7).
It will be reduced by 8,000 times.

【0047】次に図面を参照して本発明に係わる熱型赤
外線イメージセンサにつき詳細に説明する。
Next, the thermal infrared image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0048】図1は、本発明の第1の実施形態に係わる
ボロメータを使用した熱型赤外線イメージセンサの概略
の構成を示す。図1に示される熱型赤外線イメージセン
サは、それぞれボロメータ1、容量2およびボロメータ
1の一端と容量2の一端とを接続するMOSスイッチ
3、および容量2の一端と垂直信号線5との間に接続さ
れた他のMOSスイッチ4からなる画素が複数個マトリ
クス状に配列されている。図1では説明の簡略化のため
に画素は2行×2列のマトリクスとして示されている
が、実際には例えば数百画素ずつのようなさらに多くの
画素が配置される。各MOSスイッチ3,4はMOSト
ランジスタで構成されるスイッチ素子である。
FIG. 1 shows a schematic structure of a thermal infrared image sensor using a bolometer according to the first embodiment of the present invention. The thermal infrared image sensor shown in FIG. 1 includes a bolometer 1, a capacitor 2, and a MOS switch 3 connecting one end of the bolometer 1 and one end of the capacitor 2, and between the one end of the capacitor 2 and the vertical signal line 5. A plurality of pixels composed of other connected MOS switches 4 are arranged in a matrix. In FIG. 1, the pixels are shown as a matrix of 2 rows × 2 columns for simplification of the description, but in reality, more pixels such as several hundreds of pixels are arranged. Each of the MOS switches 3 and 4 is a switch element composed of a MOS transistor.

【0049】図1の熱型赤外線イメージセンサはさらに
垂直駆動回路6、水平駆動回路7、読み出し回路8、お
よび例えばMOSトランジスタからなる水平MOSスイ
ッチ11を備えている。
The thermal infrared image sensor of FIG. 1 further includes a vertical drive circuit 6, a horizontal drive circuit 7, a read circuit 8, and a horizontal MOS switch 11 composed of, for example, a MOS transistor.

【0050】ボロメータ1の一端はMOSスイッチ3の
ソースに接続され、MOSスイッチ3のゲートは各行ご
とに共通に垂直駆動回路6に接続され、ドレインは容量
2の一端に接続されている。ボロメータ1の他端および
容量2の他端は接地されている。
One end of the bolometer 1 is connected to the source of the MOS switch 3, the gate of the MOS switch 3 is connected to the vertical drive circuit 6 in common for each row, and the drain is connected to one end of the capacitor 2. The other end of the bolometer 1 and the other end of the capacitor 2 are grounded.

【0051】容量2の一端、すなわちMOSスイッチ3
のドレインはMOSスイッチ4のソースに接続され、M
OSスイッチ4のゲートは各行ごとに共通に垂直駆動回
路6に接続され、ドレインは垂直信号線5を通してそれ
ぞれの列の水平MOSスイッチ11のソースに接続され
ている。
One end of the capacitor 2, that is, the MOS switch 3
The drain of is connected to the source of the MOS switch 4,
The gates of the OS switches 4 are commonly connected to the vertical drive circuit 6 in each row, and the drains are connected to the sources of the horizontal MOS switches 11 in the respective columns through the vertical signal lines 5.

【0052】水平MOSスイッチ11のゲートは水平駆
動回路7に、ドレインは水平信号線12を介して出力端
子OSに接続されている。
The gate of the horizontal MOS switch 11 is connected to the horizontal drive circuit 7, and the drain is connected to the output terminal OS via the horizontal signal line 12.

【0053】出力端子OSは本実施形態では熱型赤外線
イメージセンサの外部の読み出し回路8に接続されてい
る。読み出し回路8は出力端子OSとグランド間に直列
接続された抵抗9および電源10を備えている。なお、
読み出し回路8の抵抗9などはイメージセンサ内部に設
けてもよい。
The output terminal OS is connected to the readout circuit 8 outside the thermal infrared image sensor in this embodiment. The read circuit 8 includes a resistor 9 and a power supply 10 that are connected in series between the output terminal OS and the ground. In addition,
The resistor 9 of the read circuit 8 may be provided inside the image sensor.

【0054】図2は、図1の熱型赤外線イメージセンサ
の各部の信号波形を示す。なお、図1の各MOSスイッ
チはN型MOSトランジスタで構成されるものと仮定
し、したがってパルスがハイレベルの場合に各MOSス
イッチは開く、すなわちオンとなるものとする。
FIG. 2 shows the signal waveform of each part of the thermal infrared image sensor of FIG. It is assumed that each MOS switch in FIG. 1 is composed of an N-type MOS transistor, and therefore each MOS switch is opened, that is, turned on when the pulse is at a high level.

【0055】まず時刻T0で垂直駆動回路6からの垂直
駆動パルスV11がハイレベルになり、第1行目の画素
のMOSスイッチ4がオンとなる。また、時刻T1で水
平駆動回路7からの水平駆動パルスH1がハイレベルに
なり第1列目の信号垂直信号線5に接続された水平MO
Sスイッチ11がオンとなる。これによって、電源1
0、抵抗9、出力端子OS、水平信号線12、第1列目
の水平MOSスイッチ11、第1行第1列の画素のMO
Sスイッチ4を介して第1行第1列目の容量2が電源1
0の電圧に充電される。
First, at time T0, the vertical drive pulse V11 from the vertical drive circuit 6 becomes high level, and the MOS switch 4 of the pixel on the first row is turned on. Further, at time T1, the horizontal drive pulse H1 from the horizontal drive circuit 7 becomes high level, and the horizontal MO connected to the signal vertical signal line 5 of the first column is connected.
The S switch 11 is turned on. This allows the power supply 1
0, the resistor 9, the output terminal OS, the horizontal signal line 12, the horizontal MOS switch 11 in the first column, and the MO of the pixel in the first row and the first column.
The capacitor 2 in the first row, first column is connected to the power source 1 via the S switch 4.
It is charged to zero voltage.

【0056】次に、時刻T2で前記垂直駆動回路6から
の垂直駆動パルスV11がハイレベルの状態で、水平駆
動回路7からの水平駆動パルスH2がハイレベルとな
り、第1行第2列の画素(図1では左上の画素)の容量
2が同様に電源10の電圧に充電される。
Next, at time T2, with the vertical drive pulse V11 from the vertical drive circuit 6 at the high level, the horizontal drive pulse H2 from the horizontal drive circuit 7 becomes the high level, and the pixel in the first row, second column The capacitor 2 (upper left pixel in FIG. 1) is similarly charged to the voltage of the power supply 10.

【0057】次に、時刻T3で垂直駆動パルスV11が
ローレベルになり、第1行目のMOSスイッチ4がオフ
となり、代わって垂直駆動パルスV12がハイレベルに
なって第1行目のMOSスイッチ3がオンとなる。これ
によって、第1行目の画素において容量2に充電されて
いた電荷がボロメータ1の抵抗を通して放電され始め
る。この放電は、後の時刻T0で垂直駆動パルスV12
がローレベルになるまで続く。この放電の際の放電電流
の大きさはボロメータ1の抵抗に応じて変化する。
Next, at time T3, the vertical drive pulse V11 becomes low level, the first row MOS switch 4 is turned off, and instead the vertical drive pulse V12 becomes high level and the first row MOS switch is turned on. 3 turns on. As a result, the charges stored in the capacitor 2 in the pixels on the first row start to be discharged through the resistance of the bolometer 1. This discharge is performed at a later time T0 by the vertical drive pulse V12.
Continues until goes low. The magnitude of the discharge current during this discharge changes according to the resistance of the bolometer 1.

【0058】次に時刻T4〜T7で、垂直駆動回路6か
らの垂直駆動パルスV21がハイレベルとなり、第2行
目の画素の各容量2がそれぞれ順次電源10の電圧に充
電される。この動作は、第1行目の画素について上に述
べたのと同様である。この充電の後に再び時刻T0に戻
る。
Next, from time T4 to T7, the vertical drive pulse V21 from the vertical drive circuit 6 becomes high level, and the capacitors 2 of the pixels on the second row are sequentially charged to the voltage of the power supply 10. This operation is similar to that described above for the pixels on the first row. After this charging, the process returns to the time T0 again.

【0059】時刻T0に戻ると、再度垂直駆動回路6か
らの垂直駆動パルスV11がハイレベルとなり第1行目
の画素のMOSスイッチ4がオンとなる。そして、時刻
T1およびT2でそれぞれ水平駆動回路7からの水平駆
動パルスH1およびH2が順次ハイレベルとなり、水平
MOSスイッチ5が順次オンとなる。したがって、時刻
T1およびT2においてそれぞれ電源10から抵抗9を
介して第1列目および第2列目の容量2が再充電され
る。
Returning to time T0, the vertical drive pulse V11 from the vertical drive circuit 6 becomes high level again, and the MOS switch 4 of the pixel on the first row is turned on. Then, at times T1 and T2, the horizontal drive pulses H1 and H2 from the horizontal drive circuit 7 sequentially become high level, and the horizontal MOS switch 5 is sequentially turned on. Therefore, at times T1 and T2, the capacitors 2 in the first and second columns are recharged from the power supply 10 via the resistor 9, respectively.

【0060】この再充電の電荷量はボロメータ1の残留
電荷に応じて変化する。すなわち、容量2の残留電荷が
多ければ再充電電荷は少なくなり、したがって抵抗9を
通して流れる再充電電流も小さくなる。逆に、容量2の
残留電荷が少なければ再充電電荷量が多くなり、抵抗9
を流れる再充電電流も大きくなる。したがって、抵抗9
に流れる再充電電流を出力として取り出せば各容量の残
留電荷に対応した信号、したがってボロメータ1の抵抗
値に応じた出力が得られる。抵抗9を流れる再充電電流
は図2のOSに示すような下向きの信号波形となる。こ
の信号波形の下向きのピークを図示しないピークホール
ド回路によってホールドすることにより必要な画像信号
が得られる。
The charge amount of this recharge changes according to the residual charge of the bolometer 1. That is, if the residual charge of the capacitor 2 is large, the recharged charge is small, and the recharged current flowing through the resistor 9 is also small. On the contrary, if the residual charge of the capacitor 2 is small, the recharged charge amount is large and the resistance 9
The recharge current flowing through the device also increases. Therefore, the resistance 9
A signal corresponding to the residual charge of each capacitance, that is, an output corresponding to the resistance value of the bolometer 1 can be obtained by taking the recharge current flowing through the output as an output. The recharge current flowing through the resistor 9 has a downward signal waveform as shown by OS in FIG. A necessary image signal can be obtained by holding the downward peak of this signal waveform by a peak hold circuit (not shown).

【0061】図3は、本発明の第2の実施形態に係わる
熱型赤外線イメージセンサの概略の構成を示す。図3の
熱型赤外線イメージセンサでは、各画素はボロメータ1
とMOSトランジスタから構成されるMOSスイッチ1
3から構成され、マトリクス状に配置されている。図3
では、説明および図面の簡略化のため、前記画素は2行
×2列のマトリクス状に配置されて示されているが、実
際にはさらに多数の行および列を備えている。
FIG. 3 shows a schematic structure of a thermal infrared image sensor according to the second embodiment of the present invention. In the thermal infrared image sensor of FIG. 3, each pixel is a bolometer 1
Switch 1 consisting of
3 and arranged in a matrix. Figure 3
In order to simplify the description and the drawing, the pixels are shown arranged in a matrix of 2 rows × 2 columns, but in actuality, more rows and columns are provided.

【0062】各画素において、ボロメータ1の一端はM
OSスイッチ13のソースに接続され、該MOSスイッ
チ13のゲートは各行ごとに共通に垂直駆動回路13に
接続されている。MOSスイッチ13の各ドレインは列
ごとに共通に垂直信号線に接続されている。ボロメータ
1の他端は接地されている。
In each pixel, one end of the bolometer 1 is M
It is connected to the source of the OS switch 13, and the gate of the MOS switch 13 is commonly connected to the vertical drive circuit 13 for each row. Each drain of the MOS switch 13 is commonly connected to a vertical signal line for each column. The other end of the bolometer 1 is grounded.

【0063】各垂直信号線5とグランド間には列ごとに
共通の容量14が接続されている。また、各垂直信号線
5は水平MOSスイッチ5のソースに接続されている。
水平MOSスイッチ5のゲートは水平駆動回路7に、ド
レインは水平信号線12を介して出力端子OSに接続さ
れている。出力端子OSは、図1の場合と同様に例えば
外部の読み出し回路8に接続されている。読み出し回路
8は出力端子OSとグランド間に直列接続された抵抗9
と電源10から構成されている。
A capacitor 14 common to each column is connected between each vertical signal line 5 and the ground. Each vertical signal line 5 is connected to the source of the horizontal MOS switch 5.
The gate of the horizontal MOS switch 5 is connected to the horizontal drive circuit 7, and the drain is connected to the output terminal OS via the horizontal signal line 12. The output terminal OS is connected to, for example, an external read circuit 8 as in the case of FIG. The read circuit 8 includes a resistor 9 connected in series between the output terminal OS and the ground.
And a power supply 10.

【0064】次に、図4を参照して上記第2の実施形態
に係わる熱型赤外線イメージセンサの動作を説明する。
まず、時刻T1で水平駆動回路7から供給される水平駆
動パルスH1がハイレベルとなり、第1列目の水平MO
Sスイッチ11がオンとなる。これにより、電源10か
ら抵抗9、水平信号線12、第1列目の水平MOSスイ
ッチ11を介して第1列目の垂直信号線5に接続された
容量14が電源10の電圧に充電される。次に、時刻T
2で水平駆動回路7から供給される水平駆動パルスH2
がハイレベルとなり、第2列目の垂直信号線5に接続さ
れた容量14が電源10の電圧に充電される。
Next, the operation of the thermal infrared image sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, at time T1, the horizontal drive pulse H1 supplied from the horizontal drive circuit 7 becomes high level, and the horizontal MO of the first column is moved.
The S switch 11 is turned on. As a result, the capacitor 14 connected to the vertical signal line 5 in the first column from the power source 10 via the resistor 9, the horizontal signal line 12, and the horizontal MOS switch 11 in the first column is charged to the voltage of the power source 10. . Next, time T
2, the horizontal drive pulse H2 supplied from the horizontal drive circuit 7
Becomes high level, and the capacitor 14 connected to the vertical signal line 5 in the second column is charged to the voltage of the power supply 10.

【0065】次に、時刻T3で垂直駆動回路15から供
給される垂直駆動パルスV2がハイレベルになり、第2
行目の画素のMOSスイッチ13がオンとなる。これに
よって、各列の容量14の電荷が第2行目のボロメータ
1を介して放電し始める。この放電の際の放電電流の大
きさは各ボロメータ1の抵抗値によって決定される。
Next, at time T3, the vertical drive pulse V2 supplied from the vertical drive circuit 15 becomes high level, and the second
The MOS switch 13 of the pixel on the row is turned on. As a result, the charges of the capacitors 14 in each column start to be discharged through the bolometer 1 in the second row. The magnitude of the discharge current during this discharge is determined by the resistance value of each bolometer 1.

【0066】時刻T4で垂直駆動パルスV2がローレベ
ルになり、各列の容量12の放電が終了する。したがっ
て、この時点で各列の容量14に蓄積された残留電荷
は、対応するボロメータ1の抵抗値が低いほど少なくな
る。
At time T4, the vertical drive pulse V2 becomes low level, and the discharge of the capacitors 12 in each column is completed. Therefore, the residual charge accumulated in the capacitors 14 in each column at this point is smaller as the resistance value of the corresponding bolometer 1 is lower.

【0067】次に、時刻T5で水平駆動回路7からの水
平駆動パルスH1がハイレベルになり、第1列目の水平
MOSスイッチ11がオンとなる。これによって、電源
10から負荷抵抗9を通り、かつ水平信号線12および
水平MOSスイッチ11を介して容量14が再充電され
る。この再充電電荷は、前述のようにして時刻T3から
T4で第1列第2行目のボロメータ1が放電した電荷と
等しくなる。この再充電の際の電流、すなわち再充電電
流は抵抗9から端子OSに流れ、該端子OSに出力信号
電圧波形OSとなって現われる。
Next, at time T5, the horizontal drive pulse H1 from the horizontal drive circuit 7 becomes high level, and the horizontal MOS switch 11 in the first column is turned on. As a result, the capacitor 14 is recharged from the power supply 10 through the load resistor 9 and via the horizontal signal line 12 and the horizontal MOS switch 11. This recharged electric charge becomes equal to the electric charge discharged by the bolometer 1 in the first column, second row from time T3 to T4 as described above. The current at the time of this recharge, that is, the recharge current flows from the resistor 9 to the terminal OS, and appears as an output signal voltage waveform OS at the terminal OS.

【0068】次に、時刻T6で水平駆動回路7からの水
平駆動パルスH2がハイレベルになり、第2列目の水平
MOSスイッチ11がオンとなる。これによって、前述
と同様に電源10から抵抗9、水平信号線12、水平M
OSスイッチ11を通り第2列目の容量14が再充電さ
れる。この再充電の電流により前と同様に出力端子OS
に下向きのピーク波形が現われる。
Next, at time T6, the horizontal drive pulse H2 from the horizontal drive circuit 7 becomes high level, and the horizontal MOS switch 11 in the second column is turned on. As a result, the power source 10 to the resistor 9, the horizontal signal line 12, the horizontal M
The second-row capacitors 14 are recharged through the OS switch 11. Due to this recharging current, the output terminal OS is the same as before.
A downward peak waveform appears at.

【0069】以下同様に、時刻T7〜T0で各列の容量
14を第1行目の画素のボロメータ1で放電し、時刻T
1,T2で電源10から再充電する。これによって、出
力端子OSには順次第1行目の第1列および第2列のボ
ロメータの抵抗値に応じた出力信号波形が得られる。
Similarly, from time T7 to T0, the capacitors 14 in each column are discharged by the bolometer 1 of the pixel in the first row, and the time T is reached.
1 and T2 recharge from the power supply 10. As a result, output signal waveforms corresponding to the resistance values of the bolometers in the first and second columns of the first row are sequentially obtained at the output terminal OS.

【0070】このようにして出力端子OSに出力される
下向きのピーク信号波形をホールドすることで各画素か
らの画像信号が順次出力される。
By holding the downward peak signal waveform output to the output terminal OS in this manner, image signals from each pixel are sequentially output.

【0071】図3の実施形態に係わる熱型赤外線イメー
ジセンサでは、容量14が各列ごとに共通に設けられる
から、図1の構成と比較して容量を形成するための集積
回路上の面積を少なくし、かつ構成を簡略化することが
できる。また、各容量14は垂直信号線5とグランド間
に接続されているから、垂直信号線5の寄生容量を容量
14の代わりに使用し、あるいは容量14に加えて使用
することができる。これによって、容量14の形成のた
めに必要な集積回路基板上の面積をさらに少なくするこ
とができる。
In the thermal infrared image sensor according to the embodiment of FIG. 3, since the capacitors 14 are commonly provided for each column, the area on the integrated circuit for forming the capacitors is smaller than that of the configuration of FIG. The number can be reduced and the configuration can be simplified. Further, since each capacitor 14 is connected between the vertical signal line 5 and the ground, the parasitic capacitance of the vertical signal line 5 can be used instead of the capacitor 14 or can be used in addition to the capacitor 14. As a result, the area on the integrated circuit substrate required for forming the capacitor 14 can be further reduced.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
ようにボロメータに常に大きな電流を流しておく必要が
なく、ボロメータを介して容量に蓄積された電荷を放電
しかつ該容量を再充電して再充電の際の電流に基づき出
力を得るから、前述の数式16に示したようにボロメー
タの自己発熱が極めて少なくなる。このため、ボロメー
タの温度変化を自己発熱によるオフセットを生じること
なく忠実に検出し、高品質の赤外線画像を得ることが可
能になる。
As described above, according to the present invention, it is not necessary to constantly supply a large current to the bolometer as in the conventional case, and the charge accumulated in the capacitor is discharged through the bolometer and the capacitance is reduced. Since the output is obtained based on the current at the time of recharging and recharging, the self-heating of the bolometer becomes extremely small as shown in the above-mentioned formula 16. Therefore, it is possible to faithfully detect the temperature change of the bolometer without causing an offset due to self-heating and obtain a high-quality infrared image.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係わる熱型赤外線イ
メージセンサの概略の構成を示すブロック回路図であ
る。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a schematic configuration of a thermal infrared image sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の熱型赤外線イメージセンサの動作を説明
するための信号波形図である。
FIG. 2 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the thermal infrared image sensor of FIG.

【図3】本発明の第2の実施形態に係わる熱型赤外線イ
メージセンサの概略の構成を示すブロック回路図であ
る。
FIG. 3 is a block circuit diagram showing a schematic configuration of a thermal infrared image sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の熱型赤外線イメージセンサの動作を説明
するための信号波形図である。
FIG. 4 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the thermal infrared image sensor of FIG.

【図5】ボロメータアレイを使用した赤外線検出システ
ムの概略を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram schematically showing an infrared detection system using a bolometer array.

【図6】従来の熱型赤外線イメージセンサの概略の構成
を示すブロック回路図である。
FIG. 6 is a block circuit diagram showing a schematic configuration of a conventional thermal infrared image sensor.

【図7】図6の熱型赤外線イメージセンサの画素部の詳
細な構成を示す断面図である。
7 is a sectional view showing a detailed configuration of a pixel portion of the thermal infrared image sensor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ボロメータ 2 容量 3,4 画素のMOSスイッチ 5 垂直信号線 6,15 垂直駆動回路 7 水平駆動回路 8 読み出し回路 9 負荷抵抗 10 電源 11 水平MOSスイッチ 12 水平信号線 13 画素のMOSスイッチ 14 列ごとに設けられ容量 1 bolometer 2 capacity 3,4 pixel MOS switch 5 Vertical signal line 6,15 Vertical drive circuit 7 Horizontal drive circuit 8 readout circuit 9 load resistance 10 power supplies 11 Horizontal MOS switch 12 horizontal signal lines 13-pixel MOS switch Capacity provided for every 14 rows

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 H04N 5/33 JICSTファイル(JOIS) WPI/L Web of Science─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 1/00-1/60 G01J 5/00-5/62 H04N 5/33 JISST file (JOIS) WPI / L Web of Science

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 それぞれ赤外線照射によって温度上昇を
生じる複数のボロメータと、 前記各々のボロメータに対応して設けられた複数の電荷
蓄積手段と、 前記各々のボロメータと対応する電荷蓄積手段との間に
接続された複数のスイッチ素子と、 を具備し、前記スイッチ素子をそれぞれオンとして前記
電荷蓄積手段の電荷を前記ボロメータを通して所定時間
放電した後に、前記各電荷蓄積手段の残留電荷に対応す
る信号を出力することを特徴とする熱型赤外線イメージ
センサ。
1. A plurality of bolometers each of which raises a temperature by infrared irradiation, a plurality of charge storage means provided corresponding to each of the bolometers, and a charge storage means corresponding to each of the bolometers. A plurality of connected switch elements, each of which is turned on to discharge the charge of the charge storage means through the bolometer for a predetermined time, and then outputs a signal corresponding to the residual charge of each charge storage means. A thermal infrared image sensor characterized by:
【請求項2】 さらに、一端が前記電荷蓄積手段に接続
された第2のスイッチ素子と、該第2のスイッチ素子の
他端と電源との間の回路に接続された負荷抵抗とを備
え、該負荷抵抗を介して前記電荷蓄積手段に流れる充電
電流にもとづき出力信号を得ることを特徴とする請求項
1に記載の熱型赤外線イメージセンサ。
2. A second switch element having one end connected to the charge storage means, and a load resistor connected to a circuit between the other end of the second switch element and a power supply. The thermal infrared image sensor according to claim 1, wherein an output signal is obtained based on a charging current flowing through the charge storage means via the load resistor.
【請求項3】 行および列方向に沿ってマトリクス状に
配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じる複
数のボロメータと、 前記各々のボロメータに対応して設けられた複数の電荷
蓄積容量と、 前記各々のボロメータと対応する電荷蓄積容量との間に
接続された複数の第1のスイッチ素子と、 各列ごとに設けられた複数の垂直ラインと、 前記各々の電荷蓄積容量と対応する垂直ラインとの間に
接続された複数の第2のスイッチ素子と、 を具備し、前記第1のスイッチ素子を導通させて前記蓄
積容量の電荷を前記ボロメータを通して所定時間放電し
た後に前記第2のスイッチを導通させて前記蓄積容量を
充電し、該充電の際の充電電流に対応する信号を前記垂
直ラインを介して順次出力することを特徴とする熱型赤
外線イメージセンサ。
3. A plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises a temperature by infrared irradiation, and a plurality of charge storage capacitors provided corresponding to each of the bolometers, A plurality of first switch elements connected between each bolometer and a corresponding charge storage capacity, a plurality of vertical lines provided for each column, and a vertical line corresponding to each of the charge storage capacity A plurality of second switch elements connected between the first switch element and the second switch element after the charge of the storage capacitor is discharged through the bolometer for a predetermined time. To charge the storage capacitor and sequentially output a signal corresponding to a charging current at the time of charging through the vertical line.
【請求項4】 行および列方向に沿ってマトリクス状に
配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じる複
数のボロメータと、 前記各々のボロメータに対応して設けられ、一端が対応
するボロメータに接続された複数のスイッチ素子と、 各列ごとに設けられ、それぞれ各列に配置されたボロメ
ータに対応する前記スイッチ素子の他端が共通に接続さ
れた複数の垂直ラインと、 前記各垂直ラインごとに設けられかつ対応する垂直ライ
ンに接続された蓄積容量と、 を具備し、順次前記各行のスイッチ素子を導通させて前
記蓄積容量の電荷を前記ボロメータを通して所定時間放
電した後に前記蓄積容量の残留電荷に対応する信号を前
記垂直ラインを介して順次出力することを特徴とする熱
型赤外線イメージセンサ。
4. A plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises a temperature by infrared irradiation, and provided corresponding to each of the bolometers, one end of which is connected to the corresponding bolometer. A plurality of switch elements, and a plurality of vertical lines that are provided for each column, and the other ends of the switch elements corresponding to the bolometers that are arranged in each column are commonly connected, and provided for each of the vertical lines. Corresponding to the residual charge of the storage capacitor after discharging the charge of the storage capacitor through the bolometer for a predetermined time by sequentially connecting the switch elements in each row to each other. A thermal infrared image sensor, which sequentially outputs the signals to be output through the vertical lines.
【請求項5】 前記蓄積容量の少なくとも一部は前記垂
直ラインの寄生容量で構成されることを特徴とする請求
項4に記載の熱型赤外線イメージセンサ。
5. The thermal infrared image sensor according to claim 4, wherein at least a part of the storage capacitor is composed of a parasitic capacitance of the vertical line.
【請求項6】 行および列方向に沿ってマトリクス状に
配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じる複
数のボロメータと、 前記各々のボロメータに対応して設けられた複数の電荷
蓄積容量と、 前記各々のボロメータと対応する電荷蓄積容量との間に
接続された複数の第1のスイッチ素子と、 それぞれ前記各々の電荷蓄積容量と前記第1のスイッチ
素子の接続点に一端が接続された複数の第2のスイッチ
素子と、 各列ごとに設けられ、それぞれ各列に配置されたボロメ
ータに対応する前記第2のスイッチ素子の他端が共通に
接続された複数の垂直ラインと、 前記垂直ラインの各々と水平出力ラインとの間に接続さ
れた水平スイッチ素子と、 前記第1および第2のスイッチ素子を順次行ごとに所定
の順序で導通させる垂直走査回路と、 前記水平スイッチ素子を順次駆動する水平走査回路と、 前記電荷蓄積容量の他方の端子と前記水平出力ラインと
の間に負荷抵抗を介してバイアス電圧を供給するための
バイアス電圧供給手段と、 を具備し、前記第1のスイッチ素子を行ごとに順次導通
させて前記電荷蓄積容量の電荷を各ボロメータを介して
所定時間放電した後に、第2のスイッチ素子と前記水平
スイッチ素子を順次オンとして各列の電荷蓄積容量に前
記負荷抵抗を介して充電電流を供給し、該充電電流の大
きさに対応する信号を出力することを特徴とする熱型赤
外線イメージセンサ。
6. A plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises a temperature by infrared irradiation, and a plurality of charge storage capacitors provided corresponding to each of the bolometers, A plurality of first switch elements connected between the respective bolometers and the corresponding charge storage capacitors, and a plurality of first switch elements each having one end connected to a connection point of each of the charge storage capacitors and the first switch element. A second switch element, a plurality of vertical lines that are provided for each column, and the other ends of the second switch elements corresponding to the bolometers arranged in each column are commonly connected to each other; A horizontal switch element connected between each of them and a horizontal output line; and a vertical scanning circuit for electrically connecting the first and second switch elements in a predetermined order for each row. A horizontal scanning circuit for sequentially driving the horizontal switch elements; and a bias voltage supply unit for supplying a bias voltage between the other terminal of the charge storage capacitor and the horizontal output line via a load resistor. Then, the first switch elements are sequentially turned on for each row to discharge the charges of the charge storage capacitors through the respective bolometers for a predetermined time, and then the second switch elements and the horizontal switch elements are sequentially turned on for each column. A thermal infrared image sensor, wherein a charge current is supplied to the charge storage capacity of the battery via the load resistor and a signal corresponding to the magnitude of the charge current is output.
【請求項7】 行および列方向に沿ってマトリクス状に
配置され、各々赤外線照射によって温度上昇を生じる複
数のボロメータと、 前記各々のボロメータに対応して設けられ、一端が対応
するボロメータの一端に接続された複数のスイッチ素子
と、 各列ごとに設けられ、それぞれ各列に配置されたボロメ
ータに対応する前記スイッチ素子の他端が共通に接続さ
れた複数の垂直ラインと、 前記各垂直ラインごとに設けられかつ対応する垂直ライ
ンに接続された電荷蓄積容量と、 前記垂直ラインの各々と水平出力ラインとの間に接続さ
れた水平スイッチ素子と、 各行に配置されたボロメータに接続されたスイッチ素子
を順次行ごとに導通させる垂直走査回路と、 前記水平スイッチ素子を順次駆動する水平走査回路と、 前記ボロメータの他方の端子と前記水平出力ラインとの
間に負荷抵抗を介してバイアス電圧を供給するためのバ
イアス電圧供給手段と、 を具備し、前記スイッチ素子を行ごとに順次導通させて
前記電荷蓄積容量の電荷を各ボロメータを介して所定時
間放電した後に、前記水平スイッチ素子を順次オンとし
て各列の電荷蓄積容量に前記負荷抵抗を介して充電電流
を供給し、該充電電流の大きさに対応する信号を出力す
ることを特徴とする熱型赤外線イメージセンサ。
7. A plurality of bolometers arranged in a matrix along the row and column directions, each of which raises the temperature by infrared irradiation, and one bolometer provided corresponding to each of the bolometers, one end of which corresponds to one end of the corresponding bolometer. A plurality of connected switch elements, a plurality of vertical lines provided for each column, and a plurality of vertical lines to which the other ends of the switch elements corresponding to the bolometers arranged in each column are commonly connected, and for each vertical line A charge storage capacitance connected to a corresponding vertical line, a horizontal switch element connected between each of the vertical lines and a horizontal output line, and a switch element connected to a bolometer arranged in each row. A vertical scanning circuit for sequentially conducting each row, a horizontal scanning circuit for sequentially driving the horizontal switch elements, and the other of the bolometers. A bias voltage supply means for supplying a bias voltage between a child and the horizontal output line via a load resistance, and sequentially connecting the switch elements row by row to charge the charge storage capacitor. After discharging for a predetermined time through each bolometer, the horizontal switch elements are sequentially turned on to supply a charge current to the charge storage capacitors in each column through the load resistor, and a signal corresponding to the magnitude of the charge current is output. A thermal infrared image sensor characterized by:
【請求項8】 前記電荷蓄積容量の少なくとも一部は前
記垂直ラインの寄生容量で構成されることを特徴とする
請求項7に記載の熱型赤外線イメージセンサ。
8. The thermal infrared image sensor according to claim 7, wherein at least a part of the charge storage capacitance is composed of a parasitic capacitance of the vertical line.
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