JPH1026556A - 熱型赤外線イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、自己発熱によるオフセットを除去し高忠実
度高品質の読み出しを可能にする。 【解決手段】 熱型赤外線イメージセンサにおいて、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１と、各ボロメータ１に対応して設けられた複数
の電荷蓄積手段２，１４と、各ボロメータ１と対応する
電荷蓄積手段２，１４の間に接続された複数のスイッチ
素子３，１３とを設ける。前記スイッチ素子３，１３を
それぞれオンとして電荷蓄積手段２，１４の電荷をボロ
メータ１を通して所定時間放電した後に、各電荷蓄積手
段２，１４の残留電荷に対応する信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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_Ｂに照射され、該ボロメータ抵抗Ｒ_Ｂ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_Ｂおよび固定抵抗Ｒ_Ｌ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。

【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_Ｂ，Ｒ_Ｌ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。

【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。

【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。

【０００７】一方、図６の回路で抵抗Ｒ_ＢとＲ_Ｌの接続
点の電圧は、抵抗Ｒ_ＢとＲ_Ｌ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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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_０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。

【数２】Ｖ＝Ｖ_０ｅｘｐ（−ｔ／ＣＲ）

【００３１】時間０からｔ_０まで数式２を積分すると、
時間ｔ_０で放電した電荷量Ｑ_０が得られる。

【数３】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
_０は次式で与えられる。

【数４】 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。

【００３４】まず、従来の方法では、Ｒ_ＢとＲ_Ｌ（図
６）を等しいと仮定すると、抵抗Ｒ_Ｂ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。

【数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。

【数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。

【数７】Ｗ＝５．６×１０^−５（Ｗ）

【００３７】これに対し、本発明では、一例としてｔ_０
＝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_０は次式のようになる。

【数８】ΔＱ_０＝３．６６×１０^−３×ＣＶ_０

【００３８】この電荷の差ΔＱ_０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。

【数９】Ｎｓ＝３．６６×１０^−３×ＣＶ_０／ｑ 但しｑは電子の電荷量で１．６×１０^−１９（Ｃ）であ
る。

【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
_０＝ＣＲを前記数式３に代入して次の式を得る。

【数１０】Ｑ_０＝０．６３２×ＣＶ_０

【００４０】この数式１０で示されるＱ_０を電子数に換
算するとＮ_０が次式で得られる。

【数１１】Ｎ_０＝０．６３２×ＣＶ_０／ｑ

【００４１】数式で１１示されるＮ_０の平方根がノイズ
電子数Ｎｎとなり次式で得られる。

【数１２】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_０は
次式で得られる。

【数１３】ＣＶ_０＝７．５５×１０^−１１

【００４３】また、従来と同様にバイアス電圧Ｖ_０を１
Ｖとすると容量Ｃは次式で得られる。

【数１４】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_０＝１Ｖ，ｔ_０＝ＣＲを代入して次式
で得られる。

【数１５】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_０の３０倍となり次
式で与えられる。

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。