JPH085454A

JPH085454A - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JPH085454A
Application number: JP6140231A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Ueno; 雅史上野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】回路構成が簡単で、かつ、検出感度の高い赤
外線検出装置を提供する。【構成】焦電素子１の電極Ｄ１をバッファアンプ２の
入力側と接続し、焦電素子１の電極Ｄ２をバッファアン
プ２の出力側と接続する。上記の接続により焦電素子１
の容量が見掛け上減少するように働き、焦電素子１の容
量と反比例する出力電圧Ｖ_OUTの変化量を増大させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦電素子を用いた赤外
線検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、焦電素子を用いた赤外線検出装置
としては、特公平５−６７８９０号公報に開示された赤
外線検出装置がある。以下、上記のような従来の赤外線
検出装置について図面を参照しながら説明する。図１０
は、従来の赤外線検出装置の構成を示す回路図である。

【０００３】図１０を参照して、赤外線検出装置は、焦
電素子１１、バッファアンプ１２、リセットトランジス
タ１３を含む。焦電素子１１の一方の電極Ｄ１２は接地
電位と接続され、他方の電極Ｄ１１はリセットトランジ
スタ１３およびバッファアンプ１２と接続される。焦電
素子１１としては、たとえば、ＰｂＴｉＯ₃ 等の強誘電
体材料が用いられる。焦電素子１１の一端側のノードＮ
１１には、焦電素子１１の内部容量Ｃ_D、その他の配線
による寄生容量Ｃ_Sが接続される。焦電素子１１が赤外
線を受けると、熱により焦電素子１１内の分極が変化
し、焦電素子１１の電極Ｄ１１に電荷ΔＱが発生する。
発生した電荷ΔＱは、容量Ｃ_SおよびＣ_Dにより電圧に
変換され、バッファアンプ１２へ入力される。

【０００４】バッファアンプ１２は、ＭＯＳトランジス
タ１４、１５を含む。トランジスタ１５の一端は接地電
位と接続され、他端はトランジスタＱ１４と接続され
る。トランジスタＱ１５のゲートには、端子Ｐ１４から
所定のバイアス電圧Ｖ_Gが入力される。トランジスタ１
４のゲートには、ノードＮ１１の信号が入力され、トラ
ンジスタ１４の他端は電源端子Ｐ１５から所定の電源電
圧が入力される。トランジスタ１４および１５の接続点
から出力端子Ｐ１２を介して出力電圧Ｖ_OUTが出力され
る。上記の構成により、トランジスタ１４は、駆動トラ
ンジスタとして作用し、トランジスタ１５は定電流源と
して作用するので、バッファアンプ２は、ノードＮ１１
の信号を増幅するソースフォロアアンプとして動作す
る。また、バッファアンプ１２は、出力端子Ｐ２に接続
される外部回路を焦電素子１１から分離するためのバッ
ファアンプとしても働く。

【０００５】リセットトランジスタ１３のゲート端子Ｔ
Ｇには、所定のクロック信号が入力され、入力したクロ
ック信号に応答して、リセット電圧Ｖ_INoにノードＮ１
１の電圧をリセットする。このリセット動作は、焦電素
子１１の初期電位をバッファアンプ１２の動作点に合わ
せるため、および特公平５−６７８９０号公報に述べら
れているように焦電素子１１のポーリングを行なうため
に行なわれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の赤外線検出装置においては、赤外線検出による
出力端子Ｐ１２の出力電圧Ｖ_OUTの変化量ΔＶ_OUTは次
式で表される。

【０００７】 ΔＶ_OUT＝Ａｖ・ΔＱ／（Ｃ_D＋Ｃ_S） …（１）ここで、Ａｖは、バッファアンプ１２の電圧増幅率であ
り、一般に１より小さく、１に近い値（たとえば、０．
９）を持つ。

【０００８】一方、焦電素子１１は、強誘電体であるた
め、非誘電率ε_Sが非常に大きくなる。したがって、焦
電素子１１の内部容量Ｃ_Dも非常に大きくなり、一般
に、Ｃ _D＞＞Ｃ_Sとなる。また、温度変化により発生す
る電荷ΔＱは、通常小さいため、結果的に出力電圧Ｖ
_OUTの変化量ΔＶ_OUTは非常に小さくなる。この結果、
従来の赤外線検出装置では、検出感度が非常に低くなる
という問題点があった。

【０００９】また、変化量ΔＶ_OUTを増加させるために
は、電圧増幅率Ａｖ＞＞１となるような増幅器を用いら
れることも考えられるが、以下のような問題点が発生す
る。まず、電圧増幅率の大きな増幅器は、一般に出力イ
ンピーダンスが高く、出力端子に外部回路を接続するた
めには、増幅器の後段にバッファアンプを追加しなけれ
ばならず、回路が複雑になるという問題点があった。ま
た、バッファアンプに比べ、電圧増幅率の大きな増幅器
は、電圧増幅率がばらつきやすい。したがって、上記の
増幅器を含めた検出回路を１つの画素として多数並べ、
出力を順次操作することにより撮像装置を構成する場
合、画素間の感度のばらつきが大きくなり、検出された
画質を著しく劣化させるという問題点があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためのもので
あって、回路構成が簡単で、かつ、検出感度の高い赤外
線検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の赤外線検
出装置は、第１および第２電極を含む焦電素子と、第１
電極と入力側が接続され、第２電極と出力側が接続さ
れ、入力側の電圧を増幅して出力するバッファアンプと
を含む。

【００１２】請求項２記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置の構成に加え、上記バッファア
ンプの電圧増幅率は、１より小さい。

【００１３】請求項３記載の赤外線検出装置は、請求項
２記載の赤外線検出装置の構成に加え、さらに、第１電
極と接続され、焦電素子の電位を所定の電位にリセット
するためのリセットトランジスタを含む。

【００１４】請求項４記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置の構成に加え、さらに、一端が
第１電極と接続され、他端が所定のバイアス電圧を受け
る容量を含む。

【００１５】請求項５記載の赤外線検出装置は、請求項
４記載の赤外線検出装置の構成に加え、さらに、第１電
極と接続され、焦電素子のポーリングにのみ使用される
ポーリング用トランジスタを含む。

【００１６】請求項６記載の赤外線検出装置は、請求項
４記載の赤外線検出装置の構成に加え、上記容量を介し
て所定の電圧を入力することにより焦電素子のポーリン
グを行なう。

【００１７】請求項７記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置の構成に加え、上記バッファア
ンプは、入力信号のレベルが接地電位のとき、正電圧の
出力信号を出力する。

【００１８】請求項８記載の赤外線検出装置は、請求項
７記載の赤外線検出装置の構成に加え、上記バッファア
ンプは、デプレションモードＭＯＳトランジスタを含む
ソースフォロアアンプを含む。

【００１９】請求項９記載の赤外線検出装置は、請求項
７記載の赤外線検出装置の構成に加え、上記バッファア
ンプは、ノーマリＯＮ形接合形電界効果トランジスタを
含む。

【００２０】請求項１０記載の赤外線検出装置は、請求
項１記載の赤外線検出装置の構成に加え、焦電素子およ
びバッファアンプを含む赤外線検出器を複数含み、上記
赤外線検出器は、１次元的に一列に配設される。

【００２１】請求項１１記載の赤外線検出装置は、請求
項１記載の赤外線検出装置の構成に加え、焦電素子およ
びバッファアンプを含む赤外線検出器を複数含み、上記
赤外線検出器は、２次元的に配列される。

【００２２】請求項１２記載の赤外線検出装置は、請求
項１０または請求項１１記載の赤外線検出装置の構成に
加え、上記バッファアンプは定電流源を含み、上記複数
の赤外線検出器は定電流源を共用する。

【００２３】

【作用】請求項１ないし請求項１２記載の赤外線検出装
置においては、焦電素子とバッファアンプとが並列に接
続されるので、焦電素子の容量が見掛け上減少したよう
に働き、焦電素子の容量と反比例する出力電圧の変化量
を増大させることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例の赤外線検出装
置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発
明の第１の実施例の赤外線検出装置の構成を示す回路図
である。

【００２５】図１を参照して、赤外線検出装置は、焦電
素子１、バッファアンプ２、リセットトランジスタ３を
含む。焦電素子１の電極Ｄ１はバッファアンプ２の入力
側と接続され、電極Ｄ２はバッファアンプ２の出力側と
接続される。リセットトランジスタ３の一端は焦電素子
１の電極Ｄ１と接続される。バッファアンプ２として
は、たとえば、図１０に示すＭＯＳトランジスタで構成
されるソースフォロアアンプ等が用いられる。

【００２６】以下、上記のように構成された赤外線検出
装置の動作について説明する。まず、リセットトランジ
スタ３のゲートに所定のゲート電圧ＴＧを印加し、バッ
ファアンプ２の入力ノードＮ１の電位を入力端子Ｐ１に
入力されているリセット電源電圧Ｖ_IN0 に設定する。図
２は、図１に示すバッファアンプの入力電圧と出力電圧
との関係を示す図である。図２に示す特性は、ソースフ
ォロアアンプの代表的な特性を示したもので、入力電圧
Ｖ_INと出力電圧Ｖ_OUTとは次式で表される。

【００２７】Ｖ_OUT≒Ａｖ・Ｖ_IN−Ｋ …（２）ここで、Ａｖは電圧増幅率であり、１に近く、１より小
さい値となる。また、Ｋは定数で、通常正の値を持つ。
図２では、ノードＮ１がリセット電源電圧Ｖ_IN ₀ に設定
されたとき、バッファアンプ２の出力電圧（端子Ｐ２の
電圧）はＶ_OUT0となることが示されている。

【００２８】次に、リセットトランジスタ３のゲートを
ロウレベルにすることにより、ノードＮ１をフローティ
ング状態とする。この状態で、焦電素子１が赤外線を吸
収し、温度が上昇することによって、内部の分極が変化
して焦電素子１の電極Ｄ１にΔＱの電荷が発生する。ま
た、このとき、ノードＮ１の電位がＶ_IN0 からＶ_IN0＋
ΔＶ_INに変化し、バッファアンプ２の出力電圧がＶ_OUT0
からＶ_OUT0＋ΔＶ_OUTに変化する。上記の変化量ΔＶ_IN
およびΔＶ_OUTは以下の式により表される。

【００２９】 ΔＱ＝Ｃ_S・ΔＶ_IN＋Ｃ_D（ΔＶ_IN−ΔＶ_OUT） …（３） ΔＶ_OUT＝Ａｖ・ΔＶ_IN …（４）ここで、Ｃ_Dは焦電素子１の容量であり、Ｃ_Sは配線等
による寄生容量である。（３）式は、ΔＱの電荷が容量
Ｃ_D、Ｃ_Sに分配される効果を示しており、（４）式は
（２）式と等価である。（３）、（４）式より、変化量
ΔＶ_OUTは以下の式で表される。

【００３０】 ΔＶ_OUT＝Ａｖ・ΔＱ／｛（１−Ａｖ）Ｃ_D＋Ｃ_S｝ …（５）従来例で示した（１）式と本実施例による（５）式とを
比べると、本実施例では、焦電素子１の容量Ｃ_Dが見掛
け上（１−Ａｖ）倍され、容量が減少したように働くこ
とがわかる。この結果、出力電圧の変化量ΔＶ_OUTを増
大させることができる。

【００３１】通常、図１に示す赤外線検出装置をＩＣ化
すると、Ｃ_DはｐＦのオーダとなり、Ｃ_SはｆＦのオー
ダとなる。また、ソースフォロアアンプを用いれば、バ
ッファアンプ２の電圧増幅率Ａｖを容易に０．９とする
ことができる。したがって、Ｃ_Sを無視し、Ａｖを０．
９とすると、（５）式に示すように、本実施例では、従
来例に比べ出力電圧の変化量ΔＶ_OUTを１０倍増加させ
ることが可能となる。この結果、簡単な回路構成で、検
出感度の高い赤外線検出装置を実現することが可能とな
る。

【００３２】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第１の実施例では、出力電圧の変化量ΔＶ_OUTを
増加させたが、Ｓ／Ｎ比を増加させることを考えると、
信号Ｓに相当するΔＶ_OUTを増加させ、雑音Ｎも減少さ
せるほうが好ましい。一方、第１の実施例および従来例
における雑音の一つにリセットトランジスタ３によるリ
セット動作に伴なうリセット雑音がある。これは、有限
のＯＮ抵抗を持つトランジスタ３によりバッファアンプ
２の入力端子を充電する際、ＯＮ抵抗が持つ熱雑音によ
り充電ごとに充電電圧がわずかに変化し、この変化が雑
音となる現象である。

【００３３】赤外線検出装置を動作させるときには、一
定周期でリセット動作を行なう必要がある。つまり、図
１に示すノードＮ１は、接地電位に対し有限のリーク抵
抗を必ず持っているため、長期間リセット動作が行なわ
れないと、ノードＮ１の電位は徐々に下がっていき、図
２に示すバッファアンプの入出力特性の直線範囲外にな
ってしまうからである。第２の実施例は、上記の問題点
を解決するため、リセット動作を行なわずにバッファア
ンプの動作点にノードＮ１の電位を維持するものであ
る。図３は、本発明の第２の実施例の赤外線検出装置の
構成を示す回路図である。図３に示す第２の実施例と図
１に示す第１の実施例とで異なる点は、バッファアンプ
２の入力側のノードＮ１に結合容量４を介してバイアス
電圧Ｖ_Bが与えられる点である。その他の点は、図１に
示す第１の実施例と同様であるので同一部分には同一符
号を付し以下その説明を省略する。

【００３４】図３を参照して、ノードＮ１には結合容量
４を介してバイアス電圧Ｖ_Bが与えられ、この電圧によ
りバッファアンプ２の動作点を決めることが可能とな
る。なお、リセットトランジスタ３は、ポーリング時の
みに使用する。焦電素子１のポーリングは、特開平５−
６７８９０号公報に述べられているように、焦電素子１
の分極方向を一定に揃えることであり、製造完了後にの
みに行なえばよいものである。したがって、第２の実施
例では、リセットトランジスタ３によりポーリングを行
ない、結合容量４を介してバッファアンプ２の動作点に
ノードＮ１の電位を維持し、リセット動作は行なわな
い。

【００３５】以下、上記のように構成された第２の実施
例の動作について詳細に説明する。第１の実施例と同様
に、赤外線により発生する電荷ΔＱがない場合のノード
Ｎ１の電位をＶ_IN0 とし、出力端子Ｐ２の電位をＶ_OUT0
とする。また、バッファアンプ２の入出力特性は、
（２）式で表されているものとする。

【００３６】まず、ΔＱ＝０、ΔＶ_IN＝ΔＶ_OUT＝０の
場合、結合容量４の容量をＣ_Cとすると、以下の式が成
立する。

【００３７】Ｃ_C（Ｖ_B−Ｖ_IN0 ）＝Ｃ_D（Ｖ_IN0 −Ｖ_OUT0）＋Ｃ_S・Ｖ_IN0 …（６）Ｖ_OUT0≒Ａｖ・Ｖ_IN0 −Ｋ …（７）（６）、（７）式よりバイアス電圧Ｖ_Bは以下の式で表
される。

【００３８】Ｖ_B＝［１＋｛１−Ａｖ）Ｃ_D＋Ｃ_S｝／Ｃ_C］Ｖ_IN0 ＋Ｋ・Ｃ_D／Ｃ_C …（８）上式を基に、最適なバッファアンプの動作電圧Ｖ_IN0 に
対するバイアス電圧Ｖ _Bを求めることができる。

【００３９】次に、焦電素子１が赤外線を検出して、焦
電素子１の電極Ｄ１に電荷ΔＱが発生した場合に、以下
の式が成立する。

【００４０】 ΔＱ＝Ｃ_C・ΔＶ_IN＋Ｃ_S・ΔＶ_IN＋Ｃ_D（ΔＶ_IN−ΔＶ_OUT） …（９） ΔＶ_OUT＝Ａｖ・ΔＶ_IN …（１０）上式より、出力電圧の変化量ΔＶ_OUTは以下の式で表さ
れる。

【００４１】 ΔＶ_OUT＝Ａｖ・ΔＱ／｛（１−Ａｖ）Ｃ_D＋Ｃ_C＋Ｃ_S｝ …（１１）（１）式のΔＶ_OUTと第２の実施例による（１１）式の
ΔＶ_OUTとを比較すると、出力電圧の増加率η（＝（１
１）式のΔＶ_OUT／（１）式のΔＶ_OUT）は、以下の式
で表される。

【００４２】 η＝（１＋Ｃ_S／Ｃ_D）／｛（１−Ａｖ）＋Ｃ_C／Ｃ_D＋Ｃ_S／Ｃ_D｝ …（１２）通常、Ｃ_S＜＜Ｃ_Dであるから、増加率ηは次式で近似
される。

【００４３】 η≒１／｛（１−Ａｖ）＋α｝ …（１３）ここで、α＝Ｃ_C／Ｃ_Dである。

【００４４】具体的な値として、Ｖ_IN0 ＝４（Ｖ）、Ａ
ｖ＝０．９、Ｋ＝１．０（Ｖ）、α＝０．１を用いて、
（８）、（１３）式へ代入し、（１−Ａｖ）Ｃ_D＞＞Ｃ
_Sとした場合、Ｖ_B≒１８（Ｖ）、η＝５となる。すな
わち、結合容量４を介してバイアス電圧として１８Ｖを
ノードＮ１に加えることにより、ノードＮ１の電位をバ
ッファアンプ２の動作点に維持することができる。した
がって、リセット動作を行なう必要がなく、リセット雑
音を発生させることなく、従来に比べΔＶ_OUTを５倍増
加させることが可能となる。この結果、出力電圧の変化
量ΔＶ_OUTを増加させるだけでなく、Ｓ／Ｎ比を増加さ
せることが可能となる。

【００４５】次に、本発明の第３の実施例の赤外線検出
装置について説明する。図４は、本発明の第３の実施例
の赤外線検出装置の構成を示す回路図である。図４に示
す第３の実施例と、図３に示す第２の実施例とで異なる
点は、リセットトランジスタ３が省略されている点であ
る。その他の点は図３に示す第２の実施例と同様である
ので同一部分には同一符号を付し以下その説明を省略す
る。

【００４６】第３の実施例では、バイアス電圧Ｖ_Bを入
力する端子Ｐ３に所定の電圧を印加することにより、焦
電素子１のポーリングを行なう。この結果、結合容量４
を介して焦電素子１のポーリングも行なうことができ、
リセットトランジスタ３を省略することができ、部品点
数をさらに削減することが可能となる。

【００４７】次に、図１に示すバッファアンプの他の具
体例について説明する。図５は、図１に示すバッファア
ンプの他の具体例の構成を示す回路図である。

【００４８】図５を参照して、バッファアンプは、デプ
レションモードＭＯＳトランジスタ５、定電流源６を含
む。トランジスタ５の端子Ｐ５には、電源電圧が供給さ
れる。トランジスタ５のゲートの端子Ｐ４は、図１に示
すノードＮ１と接続され、入力電圧Ｖ_INがゲートに入力
される。トランジスタ５は、定電流源６と接続され、定
電流源６の一端は接地電位と接続される。トランジスタ
５と、定電流源６の接続点の端子Ｐ６から出力電圧Ｖ
_OUTが出力される。

【００４９】以下、上記のように構成されたバッファア
ンプの動作について説明する。定電流源６の電流値をＩ
とし、トランジスタ５を飽和領域で動作させると次式が
成立する。

【００５０】Ｉ＝β（Ｖ_IN−Ｖ_OUT−Ｖ_t）² …（１４）ここで、βはトランジスタの形状および製造プロセスに
より決まる定数、Ｖ_tはしきい値電圧、Ｖ_IN、Ｖ_OUTは
それぞれバッファアンプの入力および出力端子電圧であ
る。

【００５１】Ｖ_tはデプレションモードＭＯＳトランジ
スタ５では負の値をとる。この値は、トランジスタ５の
チャネル形成時の不純物注入量により任意に設定するこ
とができる。

【００５２】（１４）式をＶ_OUTについて解くと次式が
成立する。Ｖ_OUT＝Ｖ_IN−Ｖ_t−（Ｉ／β）^1/2 …（１５）上式によれば、Ｖ_OUTは、Ｖ_INに対しゲイン１で完全に
比例することになるが、実際には（１４）式に含まれて
いない２次的な効果、たとえば、バックゲート効果、チ
ャネル長変調効果等によりゲインはわずかに１より小さ
くなり、次式のようになる。

【００５３】Ｖ_OUT＝Ａｖ・Ｖ_IN−Ｖ_t−（Ｉ／β）^1/2 …（１６）ここで、Ａｖ＜１である。上式と（２）式とを比べる
と、次式が成立する。

【００５４】Ｋ＝Ｖ_t＋（Ｉ／β）^1/2 …（１７）通常、エンハンスメント形あるいはノーマリＯＦＦ形の
トランジスタを用いると、Ｖ_tは正の値であるので、必
ず、Ｋ＞０となり、入出力特性は図２に示すようにな
り、有限のリセット電圧Ｖ_IN0 が必要となるが、上記の
ように、Ｖ_t＜０のトランジスタを用い、Ｋ＜０となる
ようにＶ_tを設定すると、入出力特性は、図６に示すよ
うになり、リセット電圧Ｖ_IN0 が０Ｖでもバッファアン
プが動作できるようになる。したがって、上記のように
デプレションモードＭＯＳトランジスタを用いたソース
フォロアアンプを用いると、リセット電圧Ｖ_IN0 を０Ｖ
にすることができ、赤外線検出時には入力端子Ｐ１を接
地することができ、リセット用の外部電源が不要とな
る。

【００５５】次に、図１に示すバッファアンプのさらに
他の具体例について説明する。図７は、図１に示すバッ
ファアンプのさらに他の具体例の構成を示す回路図であ
る。図７に示すバッファアンプと図５に示すバッファア
ンプとで異なる点は、デプレションモードＭＯＳトラン
ジスタ５をノーマリＯＮ形接合形電界効果トランジスタ
７に変更した点である。その他の点は図５に示すバッフ
ァアンプと同様であるので同一部分には同一符号を付し
以下その説明を省略する。

【００５６】図７に示すノーマリＯＮ形接合形電界効果
トランジスタ７を用いたソースフォロアアンプでも、ノ
ーマリＯＮ形接合形電界効果トランジスタのしきい値電
圧Ｖ _tは負の値をとるため、図５に示すデプレションモ
ードＭＯＳトランジスタを用いソースフォロアアンプと
同様に動作し、同様の効果を得ることができる。

【００５７】なお、図５および図７に示すバッファアン
プの電流源６は、図１０に示すようにゲートに一定のバ
イアス電圧Ｖ_tを印加したＭＯＳトランジスタあるいは
接合形電界効果トランジスタ等で実現することができ
る。また、電流源６の代わりに負荷抵抗を接続する形式
としてもよい。つまり、図５および図７に示すバッファ
アンプの要点は、ソースフォロアを構成するドライバト
ランジスタのゲート電圧が０Ｖでも負荷に電流を流せる
ように、ドライバトランジスタをデプレション形もしく
はノーマリＯＮ形接合形とすることにある。

【００５８】また、図５および図７に示すデプレション
形ＭＯＳトランジスタまたはノーマリＯＮ形接合形電界
効果トランジスタをドライバトランジスタに持つソース
フォロアアンプを図３および図４に示す第２および第３
実施例のバッファアンプに用いた場合、以下のようにバ
イアス電圧Ｖ_Bを低電圧化することが可能となる。

【００５９】（８）式より、バイアス電圧Ｖ_Bは、（１
−Ａｖ）Ｃ_D＞＞Ｃ_Sとした場合、次式で表される。

【００６０】Ｖ_B≒｛１＋（１−Ａｖ）Ｃ_D／Ｃ_C｝Ｖ_IN0 ＋Ｋ・Ｃ_D／Ｃ_C …（１８）上式より、図５および図７に示すバッファアンプではＫ
＜０となるため、バイアス電圧Ｖ_Bを定電圧化すること
が可能となる。

【００６１】第２の実施例に対応して、Ｖ_IN0 ＝４
（Ｖ）、Ａｖ＝０．９、Ｃ_D／Ｃ_C＝１０（Ｃ_C／Ｃ_D
＝α＝０．１）、Ｋ＝−０．５（Ｖ）とすると、Ｖ_B＝
３（Ｖ）となる。したがって、第２の実施例で１８Ｖと
して説明したバイアス電圧Ｖ_Bが３Ｖとなり、１５Ｖだ
けバイアス電圧Ｖ_Bを低減することが可能となる。この
結果、赤外線検出装置をＩＣ化した場合、最大印加電圧
が一般に２０Ｖ以下であるので、耐圧マージンを増す意
味で、この低電圧化が特に有用となる。

【００６２】上記各実施例では、すべて単素子の赤外線
検出装置について述べたが、これらを１次元または２次
元状に多数配列し、出力信号を順次読出すようにするこ
とにより１次元または２次元のイメージセンサを実現す
ることができる。つまり、上記各実施例では、製造ばら
つきが小さいソースフォロアアンプの電圧増幅率Ａｖを
用いて出力信号の変化量を増大させることができるの
で、多数配列した場合、画素間感度のばらつきの少ない
高感度な１次元または２次元のイメージセンサを実現す
ることができる。

【００６３】次に、本発明の第４の実施例である１次元
のイメージセンサについて説明する。図８は、本発明の
第４の実施例の赤外線検出装置の構成を示す回路図であ
る。第４の実施例は、第１の実施例と図５に示すバッフ
ァアンプとを組合わせたものを１次元的に一列に配置し
たものである。

【００６４】図８を参照して、赤外線検出装置は、シフ
トレジスタ８、焦電素子１ａ〜１ｃ、デプレションモー
ドＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｃ、リセットトランジス
タ３ａ〜３ｃ、選択スイッチとなるトランジスタ１０ａ
〜１０ｃ、定電流源となるトランジスタ６ｉを含む。

【００６５】シフトレジスタ８は、４段のシフトレジス
タであり、クロック信号φ_INを受け、順次シフトした信
号をトランジスタ１０ａのゲート、トランジスタ１０ｂ
およびリセットトランジスタ３ａのゲート、トランジス
タ１０ｃおよびリセットトランジスタ３ｂのゲート、リ
セットトランジスタ３ｃのゲートへそれぞれ出力する。
トランジスタ１０ａ〜１０ｃの一端はそれぞれトランジ
スタ６ｉと接続され、この接続点から出力電圧Ｖ_OUTが
出力される。トランジスタ１０ａの他端は、トランジス
タ５ａおよび焦電素子１ａと接続される。他のトランジ
スタ１０ｂおよび１０ｃも同様である。リセットトラン
ジスタ３ａの一端はトランジスタ５ａのゲートおよび焦
電素子１ａと接続される。リセットトランジスタ３ａの
他端にはリセット電圧Ｖ_INoが入力される。他のリセッ
トトランジスタ３ｂおよび３ｃも同様に接続される。ト
ランジスタ５ａ〜５ｃの他端は共通接続され、電源電圧
Ｖ _Dが供給される。トランジスタ６ｉの他端は接地電位
と接続され、そのゲートにはバイアス電圧Ｖ_Gが入力さ
れる。

【００６６】次に、上記のように構成された１次元のイ
メージセンサとなる赤外線検出装置の動作について説明
する。シフトレジスタ８へクロック信号φ_INが入力され
ると、まず、トランジスタ１０ａがオンし、焦電素子１
ａの出力がトランジスタ５ａおよび６ｉで構成されるソ
ースフォロアアンプにより増幅され出力される。次に、
トランジスタ１０ｂがオンし、焦電素子１ｂの出力が同
様に読出され、同時に、リセットトランジスタ３ａがオ
ンし、トランジスタ５ａのゲートがリセット電圧Ｖ_IN0
にリセットされる。以降、上記の動作が順次繰返され
る。上記の動作により、焦電素子１ａ〜１ｃの出力が順
次増幅されて読出され、１次元のイメージセンサとして
動作することができる。また、第４の実施例では、定電
流源となるトランジスタ６ｉを共用化しているため、回
路規模を削減することができる。

【００６７】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図９は、本発明の第５の実施例の赤外線検出装置
の構成を示す回路図である。第５の実施例は、第２の実
施例と図５に示すバッファアンプとを組合わせたものを
１次元的に一列に配置したものである。

【００６８】図９を参照して、赤外線検出装置は、シフ
トレジスタ８ａ、選択スイッチとなるトランジスタ１０
ａ〜１０ｃ、焦電素子１ａ〜１ｃ、デプレションモード
ＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｃ、定電流源となるトラン
ジスタ６ｉ、結合容量４ａ〜４ｃ、リセットトランジス
タ３ａ〜３ｃを含む。

【００６９】シフトレジスタ８ａは３段のシフトレジス
タであり、クロック信号φ_INを受け、順次シフトした信
号をトランジスタ１０ａ〜１０ｃの各ゲートへ出力す
る。トランジスタ１０ａ〜１０ｃの一端はトランジスタ
６ｉの一端と接続され、この接続点から出力電圧Ｖ_OUT
が出力される。トランジスタ６ｉの他端は、接地電位と
接続され、そのゲートにはバイアス電圧Ｖ_Gを受ける。
トランジスタ１０ａの他端はトランジスタ５ａおよび焦
電素子１ａと接続される。トランジスタ１０ｂおよび１
０ｃも同様に接続される。焦電素子１ａは、トランジス
タ５ａのゲート、トランジスタ３ａ、および結合容量４
ａと接続される。他の焦電素子１ｂおよび１ｃも同様に
接続される。結合容量４ａ〜４ｃの他端はバイアス電圧
Ｖ_Bを受ける。リセットトランジスタ３ａ〜３ｃの他端
はポーリング用電圧Ｖ_Pと接続され、そのゲートにはポ
ーリング用クロック信号φ_Pを受け、ポーリングにのみ
使用される。

【００７０】次に、上記のように構成された赤外線検出
装置の動作について説明する。シフトレジスタ３ａにク
ロック信号φ_INが入力されると、まず、トランジスタ１
０ａがオンし、焦電素子１ａの出力がトランジスタ５ａ
および６ｉで構成されるソースフォロアアンプにより増
幅されて出力される。以降同様に焦電素子１ｂ、１ｃの
出力が順次増幅されて出力される。また、結合容量４ａ
〜４ｃを介してバイアス電圧Ｖ_Bが入力され、入力電圧
はソースフォロアアンプの動作点に適した電位となるた
め、リセット動作は行なわれない。また、ポーリング動
作は、ポーリング用クロック信号φ_Pに応答して、トラ
ンジスタ３ａ〜３ｃがオンし、ポーリング用電圧Ｖ_Pに
より焦電素子１ａ〜１ｃのポーリングが行なわれる。し
たがって、第５の実施例でも、第４の実施例と同様に、
画素間感度のばらつきの少ない高感度な１次元イメージ
センサを実現することが可能となる。

【００７１】上記のように第４および第５実施例では、
１次元のイメージセンサについて説明したが、２次元の
イメージセンサでも各素子を２次元的に配列することに
より同様に構成することができる。また、画素の読出し
にシフトレジスタとＭＯＳトランジスタとを用いた場合
を示したが、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＢＢＤ（バケツ
・リレー素子）等の電荷転送素子を用いてもよい。ま
た、ソースフォロアアンプの負荷の電流源を各画素ごと
に設けてもよいし、ソースフォロアアンプとして図６に
示すバッファアンプや他のバッファアンプを用いてもよ
い。さらに、第５の実施例では、ポーリングをリセット
トランジスタ３ａ〜３ｃを用いて行なっているが、結合
容量４ａ〜４ｃを用いて行ない、リセットトランジスタ
３ａ〜３ｃを削除してもよい。

【００７２】

【発明の効果】請求項１ないし請求項１２に記載の赤外
線検出装置においては、電圧増幅率の大きな増幅器を用
いることなく、出力電圧の変化量を増大させることがで
きるので、簡単な回路構成で、かつ検出感度を高く設定
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の赤外線検出装置の構
成を示す回路図である。

【図２】図１に示すバッファアンプの入力電圧と出力
電圧との関係を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例の赤外線検出装置の構
成を示す回路図である。

【図４】本発明の第３の実施例の赤外線検出装置の構
成を示す回路図である。

【図５】図１に示すバッファアンプの他の具体例の構
成を示す回路図である。

【図６】図５に示すバッファアンプの入力電圧と出力
電圧との関係を示す図である。

【図７】図１に示すバッファアンプのさらに他の具体
例の構成を示す回路図である。

【図８】本発明の第４の実施例の赤外線検出装置の構
成を示す回路図である。

【図９】本発明の第５の実施例の赤外線検出装置の構
成を示す回路図である。

【図１０】従来の赤外線検出装置の構成を示す回路図
である。

【符号の説明】

１焦電素子、２バッファアンプ、３リセットトラ
ンジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２電極を含む焦電素子と、前記第１電極と入力側が接続され、前記第２電極と出力
側が接続され、前記入力側の電圧を増幅して出力するバ
ッファアンプとを含む赤外線検出装置。
【請求項２】前記バッファアンプの電圧増幅率は、１
より小さい請求項１記載の赤外線検出装置。
【請求項３】前記第１電極と接続され、前記焦電素子
の電位を所定の電位にリセットするためのリセットトラ
ンジスタをさらに含む請求項２記載の赤外線検出装置。
【請求項４】一端が前記第１電極と接続され、他端が
所定のバイアス電圧を受ける容量をさらに含む請求項１
記載赤外線検出装置。
【請求項５】前記第１電極と接続され、前記焦電素子
のポーリングにのみ使用されるポーリング用トランジス
タをさらに含む請求項４記載の赤外線検出装置。
【請求項６】前記容量を介して所定の電圧を入力する
ことにより前記焦電素子のポーリングを行なう請求項４
記載の赤外線検出装置。
【請求項７】前記バッファアンプは、入力信号のレベ
ルが接地電位のとき、正電圧の出力信号を出力する請求
項１記載の赤外線検出装置。
【請求項８】前記バッファアンプは、デプレションモ
ードＭＯＳトランジスタを含むソースフォロアアンプを
含む請求項７記載の赤外線検出装置。
【請求項９】前記バッファアンプは、ノーマリＯＮ形
接合形電界効果トランジスタを含むソースフォロアアン
プを含む請求項７記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】前記焦電素子およびバッファアンプを
含む赤外線検出器を複数含み、前記赤外線検出器は、１次元的に一列に配設される請求
項１記載の赤外線検出装置。
【請求項１１】前記焦電素子およびバッファアンプを
含む赤外線検出器を複数含み、前記赤外線検出器は、２次元的に配列される請求項１記
載の赤外線検出装置。
【請求項１２】前記バッファアンプは、定電流源を含
み、前記複数の赤外線検出器は、前記定電流源を共用する請
求項１０または請求項１１記載の赤外線検出装置。