JP5210943B2 - 赤外線固体撮像素子 - Google Patents
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Description
この特許文献1の赤外線固体撮像素子は、図9に示すように、複数個が直列接続され、赤外線吸収構造と断熱構造を備えたダイオードによって個々の画素が構成されており、その画素が2次元状に配列された画素エリアを構成している。画素の各行ごとに行選択線303が共通して接続されている。また、画素の列ごとに信号線302が共通して接続され、各信号線302の終端には定電流源18が接続されている。このような構成により、垂直走査回路4とスイッチ9により行選択線303が順番に選択され、定電流源18の両端の電圧が積分回路7で積分及び増幅され、水平走査回路8とスイッチ9によって順に出力端子10へ出力される。
すなわち、従来の赤外線固体撮像素子では、基準電圧供給線17と行選択線303との配線構造が異なっているので、基準電圧供給線17と行選択線303の抵抗を精度よく一致させることが困難であった。
前記信号線にそれぞれ接続された第1の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第1の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第2の定電流化手段と、 前記第1の定電流化手段の一端と前記第2の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、を含む信号処理回路と、を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第2の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続され、前記ダミー行において、画素が選択線又は信号線から電気的に分離されていることを特徴とする。
したがって、本発明によれば、基準電圧供給線における電圧降下と行選択線における電圧降下とを十分一致させることができ、測定誤差の少ない赤外線固体撮像素子を提供することができる。
図1は、本発明に係る実施の形態1の赤外線固体撮像装置300を模式的に示した斜視図である。また、図2は、実施の形態1の赤外線固体撮像装置300の温度検出器(画素)803を示す平面図であり、図3は図2のA−A’線について断面図である。さらに、図4Aは、実施の形態1の赤外線固体撮像装置300の回路図である。
まず、本実施の形態1の赤外線固体撮像装置300では、基板301上に、例えば、少なくとも1個以上直列接続されたダイオードを有してなる温度検出器(画素)803が複数の行及び列を構成するように配列された画素エリアが設けられている(図1)。この画素エリアにはさらに、従来例と同様、温度検出器803の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線303と、温度検出器803の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線302とが設けられている。
そして、本実施の形態1の赤外線固体撮像装置300では、画素エリアの少なくとも1つの行がダミー検出器アレイ802とされ、そのダミー検出器アレイ802の行選択線用に形成された配線を用いて信号処理回路509の基準電圧供給線309を構成している。
(1)実際に温度検出に寄与する複数の温度検出器803がマトリクス(2次元)配列されてなる検出器アレイ801と、
(2)検出器アレイ801の温度検出器803と同様の構成を有するダミー温度検出器804を有しているが、そのダミー温度検出器804を温度検出には利用していないダミー検出器アレイ802とを有している。
図2は、本実施の形態における温度検出器803を拡大した平面図である。ダミー温度検出器804の平面図も図2と同じか、もしくは、同様である。例えば、ダミー温度検出器804では、図2の配線層304が無い、または、図2の行選択線303だけを残す、などといった構成が可能である。
信号処理回路509は、各列に対応して設けられた積分回路7を備える。その積分回路7の一方の入力端子にはそれぞれ対応する列の信号線302が接続される。また、その信号線302には一端が接地された定電流源18がそれぞれ接続され、積分回路7の一方の入力端子には定電流源18の他端の電圧が入力される。
〔差動積分回路〕
次に、積分回路7の具体的な構成例について説明する。
積分回路7の構成例として差動積分回路の2つの例を図4Bと図4Cに示す。図4Bにおいて、24は差動電圧電流変換アンプで入力信号の差を電流に変換し、周期的にトランジスタ26でリセットされる積分容量25に積分するものである。図4Cは、演算増幅器31と32を用いた例で回路ユニット29は差動増幅回路で、回路ユニット30は積分回路である。いずれの場合も、積分後の出力はS/H回路(サンプルホールド回路)27でサンプリングされバッファ28を介して出力される。
Av =gm Rout{ 1−exp(−Ti / Ta ) } (1)
Ta= Rout Ci (2)
で表される。ここで、Taは時定数である。
Ta≫Ti (3)
であれば、
Av = gm Rout Ti / Ta= gm Ti / Ci (4)
となり、積分器の応答特性となる。
本発明に係る実施の形態2の赤外線固体撮像装置は、図6に示すように、実施の形態1の赤外線固体撮像装置において、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態1の赤外線固体撮像装置と同様に構成される。
すなわち、本実施の形態2の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ802のダミー温度検出器804においてそれぞれ、温度を検知するPN接合ダイオード200を除いて構成している。
そのため、環境温度が変化したとき、温度検出器803とダミー温度検出器804の温度特性が異なったとしても、基準電圧供給線309の電圧分布が、PN接合ダイオード200の電気特性の影響を受けないので、行選択線303と基準電圧供給線309の電圧分布を同じにできる。また、実施の形態1よりも回路全体の規模を縮小できる。
尚、実施の形態における赤外線固体撮像装置の製造方法は、図5と同じである。
本発明に係る実施の形態3の赤外線固体撮像装置は、図7に示すように、実施の形態1及び2の赤外線固体撮像装置と比較して、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態1及び2の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。
すなわち、本実施の形態3の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ802が複数の行によって構成されており、その最も外側の行を除く内側の一行の行選択線を基準電圧供給線309としている。
したがって、行選択線303と基準電圧供給線309の電圧分布を高い精度で一致させることが可能になる。
本発明に係る実施の形態4の赤外線固体撮像装置は、図8に示すように、実施の形態1及び2の赤外線固体撮像装置と比較して、ダミー検出器アレイの構成が異なっている他は実施の形態1及び2の赤外線固体撮像装置と同様に構成されている。
すなわち、本実施の形態4の赤外線固体撮像装置では、ダミー検出器アレイ802が複数の行によって構成されており、その最も外側の行を除く内側の一行の行選択線を基準電圧供給線309としている。
したがって、行選択線303と基準電圧供給線309の電圧分布を高い精度で一致させることが可能になる。
402 シリコン層、504 温度検知部、505 支持脚、506 凹部、509 信号処理回路、801 検出器アレイ、802 ダミー検出器アレイ、803 温度検出器、804 ダミー温度検出器。
Claims (4)
- それぞれ少なくとも1個以上直列接続されたダイオードを有してなり、複数の行及び列を構成するように配列された複数の画素と、前記画素の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線と、前記画素の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線と、
を含む画素エリアと、
前記信号線にそれぞれ接続された第1の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第1の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第2の定電流化手段と、 前記第1の定電流化手段の一端と前記第2の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、
を含む信号処理回路と、
を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアの少なくとも1つの行をダミー行として含み、そのダミー行の選択線を基準電圧供給線とし、該ダミー行において各列に対応して設けられた前記第2の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続され、前記ダミー行において、画素が選択線又は信号線から電気的に分離されていることを特徴とする赤外線固体撮像素子。 - それぞれ少なくとも1個以上直列接続されたダイオードを有してなり、複数の行及び列を構成するように配列された複数の画素と、前記画素の陽極が行毎に共通接続される複数の行選択線と、前記画素の陰極が列毎に共通接続される複数の信号線と、
を含む画素エリアと、
前記信号線にそれぞれ接続された第1の定電流化手段と、前記各列にそれぞれ対応して設けられて前記第1の定電流化手段と実質的に同一の電流を流す第2の定電流化手段と、 前記第1の定電流化手段の一端と前記第2の定電流化手段の一端との電圧差を一定時間積分して出力する積分回路と、
を含む信号処理回路と、
を備え、
前記信号処理回路は、前記画素エリアのそれぞれ1つの行からなるダミー行を複数含み、前記各ダミー行において各列に対応して設けられた前記第2の定電流化手段の一端が当該列の画素に接続される選択線に接続され、
前記複数のダミー行のうちの内側の行の行選択線を前記基準電圧供給線としたことを特徴とする赤外線固体撮像装置。 - 前記ダミー行において、画素を除いて構成した請求項1又は2記載の赤外線固体撮像装置。
- 前記積分回路が、前記第1の定電流化手段と前記第2の定電流化手段の両端電圧の差を差動電圧電流変換アンプによって電流に変換し、その電流を、前記差動電圧電流変換アンプに接続されて周期的に一定電圧にリセットされる容量に積分することを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の赤外線固体撮像装置。
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