JPH10267752A

JPH10267752A - 熱型赤外線センサ

Info

Publication number: JPH10267752A
Application number: JP9091653A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sugano; 俊雄菅野
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JP3215864B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱型赤外線センサの感度及び画質を向上させ
る。【解決手段】サーモパイル１３を、エミッタ接合の逆
方向飽和電流が大きくかつコレクタ接合の逆方向飽和電
流が小さいバイポーラトランジスタ１４のエミッタに接
続し、該トランジスタ１４のコレクタをＭＯＳ型トラン
ジスタ１５のソースに接続し、ＭＯＳ型トランジスタ１
５のドレインを電荷蓄積部１６に接続する。必要量のエ
ミッタ電流を流すためにエミッタに印加するバイアス電
流が低くてよく、相対的にサーモパイル１３の起電圧に
よるエミッタ電流が多くなり、感度が高くなる。ＭＯＳ
型トランジスタ１５のスレッショルド電圧にばらつきが
あっても、電荷蓄積部１６に流入する電流はエミッタ電
流の他は、殆どコレクタ接合の逆方向飽和電流に制限さ
れるので、スレッショルド電圧のばらつきに起因する出
力電圧のばらつきが低減でき、良質な画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーモパイル又は
ボロメータを二次元的に配列した熱型赤外線センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】熱型赤外線センサには、サーモパイル型
とボロメータ型がある。

【０００３】従来、受光素子を二次元に配列したサーモ
パイル型赤外線センサは、図３に示すようにサーモパイ
ル１（熱電対を複数個組み合わせたもの）を弱反転状態
で動作させたＭＯＳ型トランジスタ２のゲートに直接接
続して信号を読み出している。ここでは、一つの画素は
サーモパイル１、ＭＯＳ型トランジスタ２、電荷蓄積部
３とで構成されており、サーモパイルの一端４はＭＯＳ
型トランジスタ２のゲートに接続されており、サーモパ
イルの他端５は第２の電圧源６に接続されている。ま
た、ＭＯＳ型トランジスタ２のソースは第３の電圧源７
に接続され、ドレインは電荷蓄積部３と電荷読み出し部
８の構成要素の一つであるトランスファゲート９に接続
されている。

【０００４】図４は画素を２次元に配列し、かつ電荷読
み出し部８の構成内容を示した赤外線センサ全体の構成
図である。図において、電荷蓄積部３の一端は各画素に
対応して配置してあるトランスファゲート９に接続され
ており、トランスファゲート９に対応して垂直ＣＣＤ１
０が設けられている。垂直ＣＣＤ１０の転送方向の端部
には水平ＣＣＤ１１が設けられており、水平ＣＣＤ１１
の転送方向の端部には出力部１２が形成されている。ト
ランスファゲート９、垂直ＣＣＤ１０、水平ＣＣＤ１
１、出力部１２とで電荷読み出し部８が構成されてい
る。なお、サーモパイル１、ＭＯＳ型トランジスタ２、
電荷蓄積部３とで構成されている各画素及び電荷読み出
し部８は同一のシリコン基板（半導体基板）に形成され
ている。

【０００５】この赤外線センサの動作について図３及び
図４を用いて説明する。図３において、入射赤外線量に
応じてサーモパイル１の接点部の温度が上昇し、それに
よってサーモパイル１に起電圧を生ずる。この起電圧
は、第２の電圧源６に相加されてＭＯＳ型トランジスタ
２のゲートに印加されて、ドレイン電流を変化させる。
このドレイン電流は、電荷蓄積部３に一定時間蓄積され
る。蓄積時間が終了するとトランスファゲート９をオン
状態にし、蓄積された電荷は電荷蓄積部３からＣＣＤ型
といわれる走査回路を用いた電荷読み出し部８へ転送さ
れる。図４に示すように、電荷読み出し部８ではトラン
スファゲート９をオン状態にすると信号電荷は垂直ＣＣ
Ｄ１０に移されると同時に、電荷蓄積部３の電位はトラ
ンスファゲート９のチャネル電位にリセットされる。そ
の後、トランスファゲート９をオフ状態にして、次の蓄
積が開始する。蓄積期間において、垂直ＣＣＤ１０と水
平ＣＣＤ１１との働きによって、垂直ＣＣＤ１０に移さ
れた信号電荷は順次出力部１２に転送され、信号は外部
に取り出される。電荷読み出し部８はトランスファゲー
ト９、垂直ＣＣＤ１０、水平ＣＣＤ１１、出力部１２と
で構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術のように、
サーモパイルの起電圧を直接ＭＯＳ型トランジスタのゲ
ートに接続した場合、電荷蓄積部に流入する電流はＭＯ
Ｓ型トランジスタを動作させるために印加するバイアス
電圧による部分が大きく、サーモパイルの起電圧による
信号電流の割合が少ないという問題点があった。そのた
め、信号の出力電圧が低く電荷の蓄積容量で決まるショ
ット雑音が相対的に高くなり高感度が得られなかった。
また、外部からの誘導雑音を拾い易く、感度を劣化させ
る欠点があった。

【０００７】さらに、従来の方法では、ＭＯＳ型トラン
ジスタのしきい値電圧のばらつきの影響を受け易く、同
一の強さの赤外線入射に対する各画素の出力電圧にでこ
ぼこが生じて、固定パターン雑音が大きかった。このた
め、赤外線の画像を得る場合、非常に画質を劣化させる
という問題点があった。

【０００８】以上、サーモパイル型赤外線センサについ
て述べたが、ボロメータ型赤外線センサについても状況
は同様である。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、信号の出力電圧を高くし、か
つＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧のばらつきによ
る影響を少なくして、高感度でかつ良好な画質の熱型赤
外線センサを提供することを目的とする。

【００１０】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第１の熱型赤外線センサは、基板の主
面に二次元的に配列された複数のサーモパイルと、それ
ぞれのサーモパイルに対応して前記基板に設けられたＭ
ＯＳ型トランジスタと、それぞれのＭＯＳ型トランジス
タに対応して前記基板に設けられた電荷蓄積部と、それ
ぞれの電荷蓄積部に対応して前記基板に設けられた電荷
読み出し部とを備えた構成において、そのエミッタが前
記サーモパイルの一端に接続され、そのベースが第１の
電圧源に接続され、そのコレクタが前記ＭＯＳ型トラン
ジスタのソースに接続されたバイポーラトランジスタが
前記サーモパイルにそれぞれ対応して前記基板に設けら
れていることを特徴としている。

【００１２】本発明に係る第２の熱型赤外線センサは、
基板の主面に二次元的に配列された複数のボロメータ
と、それぞれのボロメータに並列に接続され、かつ前記
基板に設けられた抵抗と、それぞれのボロメータに対応
してその後段に接続され、かつ前記基板に設けられたＭ
ＯＳ型トランジスタと、それぞれのＭＯＳ型トランジス
タに対応して前記基板に設けられた電荷蓄積部と、それ
ぞれの電荷蓄積部に対応して前記基板に設けられた電荷
読み出し部とを備えた構成において、そのエミッタが前
記ボロメータの一端に接続され、そのベースが第１の電
圧源に接続され、そのコレクタが前記ＭＯＳ型トランジ
スタのソースに接続されたバイポーラトランジスタが前
記ボロメータにそれぞれ対応して前記基板に設けられて
いることを特徴としている。

【００１３】本発明に係る第３の熱型赤外線センサは、
基板の主面に二次元的に配列された複数のサーモパイル
と、それぞれのサーモパイルに対応して前記基板に設け
られたスイッチ手段と、それぞれのスイッチ手段に対応
して前記基板に設けられた電荷蓄積部と、それぞれの電
荷蓄積部に対応して前記基板に設けられた電荷読み出し
部とを備えた構成において、前記スイッチ手段がバイポ
ーラトランジスタであり、そのエミッタが前記サーモパ
イルの一端に接続され、そのベースが第１の電圧源に接
続され、そのコレクタが前記電荷蓄積部に接続されてい
ることを特徴としている。

【００１４】本発明に係る第４の熱型赤外線センサは、
基板の主面に二次元的に配列された複数のボロメータ
と、それぞれのボロメータに並列に接続され、かつ前記
基板に設けられた抵抗と、それぞれのボロメータに対応
してその後段に接続され、かつ前記基板に設けられたス
イッチ手段と、それぞれのスイッチ手段に対応して前記
基板に設けられた電荷蓄積部と、それぞれの電荷蓄積部
に対応して前記基板に設けられた電荷読み出し部とを備
えた構成において、前記スイッチ手段がバイポーラトラ
ンジスタであり、そのエミッタが前記ボロメータの一端
に接続され、そのベースが第１の電圧源に接続され、そ
のコレクタが前記電荷蓄積部に接続されていることを特
徴としている。

【００１５】

【作用】本発明で、信号の出力電圧が高くなること及び
ＭＯＳ型トランジスタのしきい値電圧のばらつきによる
出力電圧のばらつきを低減できることについて、図５を
用いて詳細に説明する。

【００１６】図５において、一つの画素はサーモパイル
１３、バイポーラトランジスタ１４、ＭＯＳ型トランジ
スタ１５、電荷蓄積部１６とで構成されている。説明上
ここで用いるバイポーラトランジスタ１４はＰＮＰ型と
する。画素の各構成要素は次のように接続する。すなわ
ち、サーモパイルの一端１７はバイポーラトランジスタ
１４のエミッタ領域１８に接続し、サーモパイルの他端
１９は第２の電圧源２０に接続する。第２の電圧源２０
は、バイポーラトランジスタ１４のエミッタ接合２１に
対して、順方向バイアスになるように印加する。バイポ
ーラトランジスタ１４のベース領域２２は第１の電圧源
２３に接続する。第１の電圧源２３は、コレクタ接合２
４に対して逆方向バイアスになるように印加する。コレ
クタ領域２５はＭＯＳ型トランジスタ１５のソースに接
続する。ＭＯＳ型トランジスタ１５のドレインは電荷蓄
積部１６と電荷読み出し部２６に接続し、ゲートは第３
の電圧源２７に接続する。

【００１７】赤外線センサにおける信号の出力電圧は、
制限された蓄積電荷量のうちサーモパイルの起電圧であ
る信号電圧による部分が多いほど高くなる。電荷蓄積部
１６に蓄積される電荷はほとんどがエミッタ電流Ｉ_Eに
よるものであり、Ｉ_Eは第２の電圧源２０による電流分
と信号電圧による電流分との和である。本発明に用いる
バイポーラトランジスタ１４におけるエミッタ接合２１
の逆方向飽和電流Ｉ₀₁は１０^-8アンペア以上と比較的大
きめに製作する。このようにすると、動作時におけるエ
ミッタ接合２１の微分抵抗が低くなり、同じ信号電圧に
対する信号電流は多くなる。なお、第２の電圧源２０に
よる電流は電圧を調節することにより適切な量に調整で
きる。なお、バイポーラトランジスタ１４のベース電流
Ｉ_Bはエミッタ電流Ｉ_Eに相加されて電荷蓄積部１６へ流
入するので、Ｉ_Eによる蓄積電荷量を多くするためＩ_Bは
小さくする必要がある。そのために、Ｉ_Bの大きさを決
めるコレクタ接合２４の逆方向飽和電流Ｉ₀₂を小さくし
ておく必要があり、実用的には１０^-9アンペア以下が適
切である。

【００１８】本発明はＩ₀₁−Ｉ_B＞０、したがっておお
よそＩ₀₁＞Ｉ₀₂であれば、従来の方式に比べて電荷蓄積
部１６に蓄積される信号電荷量が多くなり、信号の出力
電圧が高くなる。このような条件は、バイポーラトラン
ジスタ１４の各領域の不純物ドープ量とか接合の面積を
調節すること及びＳｉ上のＧｅ接合のようなヘテロ接合
を利用すること等により実現できる。

【００１９】次にＭＯＳ型トランジスタ１５のしきい値
電圧のばらつきによる出力信号のばらつきを低減できる
ことについて説明する。図５において、バイポーラトラ
ンジスタ１４のコレクタ接合２４が逆方向飽和電流領域
になるように第２の電圧源２３及び第３の電圧源２７を
調節しておく。このような状態では、バイポーラトラン
ジスタ１４のベース電流Ｉ_Bは、ベース−コレクタ間の
電圧が変化してもほとんど変わらない。ＭＯＳ型トラン
ジスタ１５のしきい値電圧のばらつきは、バイポーラト
ランジスタ１４のベース−コレクタ間の印加電圧に影響
を及ぼすが、上述の理由によりベース電流Ｉ_Bしたがっ
て電荷蓄積部１６の蓄積電荷量はＭＯＳ型トランジスタ
１５のしきい値電圧のばらつきにはほとんど影響を受け
ない。

【００２０】なお、図５はＰＮＰ型のバイポーラトラン
ジスタを用いた場合について説明したが、ＮＰＮ型のバ
イポーラトランジスタを用いても状況は同様である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る熱型赤外線セ
ンサの実施の形態を図面に従って説明する。

【００２２】図１及び図２はこの発明の第１の実施の形
態である。図１はこの熱型赤外線センサにおける一つの
画素の構成要素を示しており、図２は２次元に配列され
た画素と各画素の信号を読み出す電荷読み出し部とを示
した熱型赤外線センサ全体の構成図である。図１におい
て、図５と同一記号で示したものは同一構成要素を示
す。また、電荷読み出し部には二つの種類があり、ＣＣ
Ｄ型といわれる走査回路を用いた第１の電荷読み出し部
とＭＯＳ型といわれる走査回路を用いた第２の電荷読み
出し部とがある。本発明における画素の構成要素は図１
に示すように、サーモパイル１３、バイポーラトランジ
スタ１４、ＭＯＳ型トランジスタ１５、電荷蓄積部１６
とで構成されており次のように接続する。すなわち、サ
ーモパイルの一端１７はバイポーラトランジスタ１４の
エミッタに接続し、サーモパイルの他端１９は第２の電
圧源２０に接続する。第２の電圧源２０は、バイポーラ
トランジスタ１４のエミッタ接合に対して順方向バイア
スになるように印加する。バイポーラトランジスタ１４
のベースは第１の電圧源２３に接続する。第１の電圧源
２３はコレクタ接合に対して逆方向バイアスになるよう
に印加する。コレクタはＭＯＳ型トランジスタ１５のソ
ースに接続する。第１の電圧源２３または第２の電圧源
２０は接地することも可能である。ＭＯＳ型トランジス
タ１５のゲートは第３の電圧源２７に接続し、ドレイン
は電荷蓄積部１６と第１の電荷読み出し部２９の構成要
素の一つであるトランスファーゲート２８のソースに接
続する。第１の電圧源２３、第２の電圧源２０、第３の
電圧源２７はいずれも各画素に共通接続する。また、電
荷蓄積部１６としてはＭＯＳ型容量や接合容量やダイナ
ミックＲＡＭで用いられているスタック容量を用いる。

【００２３】図２は画素を２次元に配列し、かつＣＣＤ
型といわれる第１の電荷読み出し部２９の構成内容を示
した熱型赤外線センサ全体の構成図である。図におい
て、電荷蓄積部１６の一端は各画素に対応して配置して
あるトランスファーゲート２８のソースに接続されてお
り、トランスファーゲート２８に対応して埋め込み型の
垂直ＣＣＤ３０が設けられている。垂直ＣＣＤ３０のチ
ャネルはトランスファーゲート２８のドレインを兼ねて
いる。垂直ＣＣＤ３０の転送方向の端部には水平ＣＣＤ
３１を設ける。さらに、水平ＣＣＤ３１の転送方向の端
部には浮遊拡散層型の出力部３２を形成する。トランス
ファーゲート２８、垂直ＣＣＤ３０、水平ＣＣＤ３１、
出力部３２とで第１の電荷読み出し部２９が構成されて
いる。

【００２４】この熱型赤外線センサでは、サーモパイル
１３、バイポーラトランジスタ１４、ＭＯＳ型トランジ
スタ１５、電荷蓄積部１６とで構成されている各画素及
び第１の電荷読み出し部２９は同一のシリコン基板（半
導体基板）に形成されている。

【００２５】この熱型赤外線センサの動作について図１
及び図２を用いて詳細に説明する。図１において、入射
赤外線量に応じてサーモパイル１３の接点部の温度が上
昇し、それによって、サーモパイル１３に起電圧が生ず
る。この起電圧は第２の電圧源２０に相加されて、バイ
ポーラトランジスタ１４のエミッタ電流を変化させる。
このエミッタ電流とベース電流Ｉ_Bとの和がバイポーラ
トランジスタ１４のコレクタ電流Ｉ_Aとなり、オン状態
のＭＯＳ型トランジスタ１５を経て電荷蓄積部１６に流
入する。この電流が蓄積期間の間電荷蓄積部１６に蓄積
されて信号電荷となる。なお、この際ＭＯＳ型トランジ
スタ１５は第３の電圧源２７の電圧を調節することによ
り電荷蓄積部１６に流入する電流のオン−オフに用いる
が、場合によっては電流量の調節にも用いる。蓄積期間
が終了すると、ＭＯＳ型トランジスタ１５をオフ状態に
すると共にトランスファーゲート２８をオン状態にし
て、蓄積された信号電荷は電荷蓄積部１６から第１の電
荷読み出し部２９へ転送される。図２に示すように、ト
ランスファーゲート２８をオン状態にすると信号電荷は
垂直ＣＣＤ３０に移されると同時に、電荷蓄積部１６の
電位はトランスファーゲート２８のチャネル電位にリセ
ットされる。その後、トランスファーゲート２８をオフ
状態にして、次の蓄積が開始する。蓄積期間において、
垂直ＣＣＤ３０と水平ＣＣＤ３１との働きによって、垂
直ＣＣＤ３０に移された信号電荷は順次出力部３２に転
送され、信号は外部に取り出される。

【００２６】図６及び図７はこの発明の第２の実施の形
態の説明図である。図１と同一記号で示したものは同一
構成要素を示す。この実施の形態では、図６に示すよう
に、画素は図１に示した第１の実施の形態と同様にサー
モパイル１３、バイポーラトランジスタ１４、ＭＯＳ型
トランジスタ１５、電荷蓄積部１６とで構成されてお
り、電荷読み出しにはＭＯＳ型といわれる第２の電荷読
み出し部３３を用いた熱型赤外線センサである。第１の
実施の形態に示した熱型赤外線センサとの違いは電荷蓄
積部１６に蓄積された信号電荷の読み出し方にあるの
で、それを説明する。図７において、電荷蓄積部１６に
対応して垂直スイッチ３４が形成されている。垂直スイ
ッチ３４はＭＯＳ型トランジスタで形成されている。ソ
ースは電荷蓄積部１６に接続され、ゲートは水平期間遅
延したパルスを発生する垂直シフトレジスタ３５のタッ
プに１行毎に共通接続されている。また、垂直スイッチ
３４のドレインは１列毎に垂直信号線３６に共通接続さ
れている。垂直信号線３６に対応して水平スイッチ３７
が形成されている。水平スイッチ３７はＭＯＳ型トラン
ジスタであり、そのソースは垂直信号線３６に接続さ
れ、ゲートは水平シフトレジスタ３８の各タップに接続
されている。ドレインは出力ライン３９に共通接続され
ている。この実施の形態では、垂直スイッチ３４、垂直
シフトレジスタ３５、垂直信号線３６、水平スイッチ３
７、水平シフトレジスタ３８、出力ライン３９とで第２
の電荷読み出し部３３を構成している。

【００２７】サーモパイル１３、バイポーラトランジス
タ１４、ＭＯＳ型トランジスタ１５、電荷蓄積部１６と
で構成されている各画素及び第２の電荷読み出し部３３
は同一のシリコン基板（半導体基板）に形成されてい
る。

【００２８】この熱型赤外線センサにおける画素の動作
は第１の実施の形態と同様であり、違いは電荷蓄積部１
６に蓄積された電荷の読み出し方法にあるので、それを
説明する。図７において、電荷蓄積部１６に蓄積された
信号電荷は、垂直シフトレジスタ３５のあるタップがオ
ン状態になるとこのタップに接続された行の垂直スイッ
チ３４が導通状態となり信号電荷はそれぞれ対応する垂
直信号線３６に読み出される。この信号電荷は、水平シ
フトレジスタ３８からの各タップ出力により水平スイッ
チ３７を介して順次出力ライン３９へ読み出される。こ
のように垂直シフトレジスタ３５のあるタップに対応す
る電荷蓄積部１６の信号がすべて読み出されたら、垂直
シフトレジスタ３５は１行進んで次のタップがオン状態
となり、同時にそのタップに対応する行の電荷蓄積部１
６の信号電荷が対応する垂直信号線３６に読み出され
る。以下同様な動作を繰り返すことにより、電荷蓄積部
１６に蓄えられた信号電荷を１行毎に読み出すことがで
きる。信号電荷が垂直信号線３６に転送され、電位がリ
セットされた電荷蓄積部１６では垂直スイッチ３４がオ
フ状態になった後から次の蓄積期間が開始される。

【００２９】この熱型赤外線センサでは、各画素の動作
等は第１の実施の形態と同様であり、かつ信号読み出し
部も同様な機能をもつので、信号の出力電圧の大きさ及
びＭＯＳ型トランジスタ１５のしきい値電圧のばらつき
の影響に対する効果は、第１の実施の形態の場合と同様
である。

【００３０】図８はこの発明の第３の実施の形態であ
る。図１と同一記号で示したものは同一構成要素を示
す。この実施の形態における熱型赤外線センサの一つの
画素は、バイポーラトランジスタ１４、ＭＯＳ型トラン
ジスタ１５、電荷蓄積部１６、ボロメータ４０、抵抗４
１で構成され、これらの各画素が２次元に配列されてい
る。そして、各画素の信号読み出しには第１の実施の形
態に示した第１の電荷読み出し部２９を用いた赤外線セ
ンサである。第１の実施の形態に示した赤外線センサと
の違いは、画素の構成要素とその動作にあるので、それ
について説明する。画素の各構成要素は図８に示すよう
に、ボロメータの一端４２はバイポーラトランジスタ１
４のエミッタに接続し、ボロメータの他端４３は第４の
電圧源４４に接続する。第４の電圧源は、バイポーラト
ランジスタ１４のエミッタ接合に対して順方向バイアス
になるように印加する。また、ボロメータの一端４２に
はほぼボロメータ４０に等しい抵抗値をもつ抵抗４１を
接続し、この抵抗の他端は第５の電圧源４５に接続す
る。バイポーラトランジスタ１４のベースは第１の電圧
源２３に接続する。第１の電圧源は、バイポーラトラン
ジスタ１４のコレクタ接合に対して逆方向バイアスにな
るように印加する。バイポーラトランジスタ１４のコレ
クタはＭＯＳ型トランジスタ１５のソースに接続し、Ｍ
ＯＳ型トランジスタ１５のドレインは電荷蓄積部１６と
トランスファゲート２８のドレインに接続し、ゲートは
第３の電圧源２７に接続する。第１の電圧源２３、第３
の電圧源２７、第４の電圧源４４及び第５の電圧源４５
は各画素に共通接続する。また、電荷読み出しには、第
１の実施の形態に示したＣＣＤ型の走査回路を用いた第
１の電荷読み出し部２９を用いる。

【００３１】この熱型赤外線センサでは、バイポーラト
ランジスタ１４、ＭＯＳ型トランジスタ１５、電荷蓄積
部１６、ボロメータ４０、抵抗４１で構成されている各
画素及び第１の電荷読み出し部２９は同一のシリコン基
板（半導体基板）に形成されている。

【００３２】この熱型赤外線センサは次のように動作す
る。入射赤外線量に応じてボロメータ４０の温度が上昇
し、それによって、ボロメータ４０の抵抗値が変化す
る。この抵抗変化はボロメータ４０及び抵抗４１を流れ
る電流を変化させ、結局バイポーラトランジスタ１４の
エミッタの電位を変化させる。この電位変化は、第１の
実施の形態におけるサーモパイル１３の起電圧と同様
に、バイポーラトランジスタ１４に作用し、同様にＭＯ
Ｓ型トランジスタ１５と電荷蓄積部１６と第１の電荷読
み出し部２９とに作用する。したがって、信号の出力電
圧の大きさ及びＭＯＳ型トランジスタ１５のしきい値電
圧のばらつきの影響に対する効果は、第１の実施の形態
の場合と同様である。

【００３３】なお、この熱型赤外線センサでは、バイポ
ーラトランジスタ１４のベース電位をエミッタ電位より
わずかに低くなるように、第１の電圧源２３及び第５の
電圧源４５を調節しておく。これにより、エミッタ電流
の暗電流成分が少なくなるので、赤外線の入射に起因す
るエミッタ電位の上昇による信号電流成分が多くなり、
より感度が高くなる。

【００３４】この実施の形態では、電荷の読み出しにＣ
ＣＤ型の走査回路を用いた第１の電荷読み出し部２９を
用いたが、ＭＯＳ型の走査回路を用いた第２の電荷読み
出し部３３を用いても同様な効果がある。

【００３５】第１の実施の形態及び第２の実施の形態に
おける第１の電圧源及び第２の電圧源並びに第３の実施
の形態における第１の電圧源及び第４の電圧源のいずれ
かにオン−オフ機能をもたせることにより、ＭＯＳ型ト
ランジスタ１５を省くことができる。この場合、バイポ
ーラトランジスタ１４はそれぞれのサーモパイル又はボ
ロメータに対応して基板に設けられたスイッチ手段とし
ても機能し、バイポーラトランジスタ１４のエミッタが
サーモパイル又はボロメータの一端に接続され、そのベ
ースが第１の電圧源に接続され、そのコレクタが前記電
荷蓄積部に接続されることになる。

【００３６】本発明は、サーモパイル等の赤外線受光素
子を二次元に配列した場合について述べているが、１素
子または一次元に配列した赤外線センサについても、信
号読み出し部を変更することにより、二次元配列の場合
と同様な効果がある。

【００３７】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００３８】

【発明の効果】本発明による熱型赤外線センサは、従来
の画素構成に新たにバイポーラトランジスタを加えるこ
とにより、従来の方法と比較して信号の出力電圧を１０
０倍程度大きくすることができる。そのため、電荷の蓄
積容量で決まるショット雑音を相対的に小さくすること
ができ、感度が高くなるという利点がある。また、外部
からの誘導雑音に対して影響を少なくできる利点があ
る。

【００３９】さらに、従来の方法では、ＭＯＳ型トラン
ジスタのしきい値電圧のばらつきによる固定パターン雑
音の発生が問題であったが、本発明によればこの影響を
大幅に低減できる利点があり、良好な画質の画像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の熱型赤外線センサ
の画素の模式的平面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の熱型赤外線センサ
の電荷読み出し部の模式的平面図である。

【図３】従来の熱型赤外線センサの画素の模式的平面図
である。

【図４】従来の熱型赤外線センサの電荷読み出し部の模
式的平面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の画素の模式的平面
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の熱型赤外線センサ
の画素の模式的平面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態の熱型赤外線センサ
の電荷読み出し部の模式的平面図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態の熱型赤外線センサ
の模式的平面図である。

【符号の説明】

１３サーモパイル１４バイポーラトランジスタ１５ＭＯＳ型トランジスタ１６電荷蓄積部１７サーモパイルの一端１９サーモパイルの他端２０第２の電圧源２３第１の電圧源２６電荷読み出し部２９第１の電荷読み出し部３３第２の電荷読み出し部４０ボロメータ４１抵抗４２ボロメータの一端４３ボロメータの他端

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の主面に二次元的に配列された複数
のサーモパイルと、それぞれのサーモパイルに対応して
前記基板に設けられたＭＯＳ型トランジスタと、それぞ
れのＭＯＳ型トランジスタに対応して前記基板に設けら
れた電荷蓄積部と、それぞれの電荷蓄積部に対応して前
記基板に設けられた電荷読み出し部とを備えた熱型赤外
線センサにおいて、そのエミッタが前記サーモパイルの
一端に接続され、そのベースが第１の電圧源に接続さ
れ、そのコレクタが前記ＭＯＳ型トランジスタのソース
に接続されたバイポーラトランジスタが前記サーモパイ
ルにそれぞれ対応して前記基板に設けられていることを
特徴とする熱型赤外線センサ。
【請求項２】基板の主面に二次元的に配列された複数
のボロメータと、それぞれのボロメータに並列に接続さ
れ、かつ前記基板に設けられた抵抗と、それぞれのボロ
メータに対応してその後段に接続され、かつ前記基板に
設けられたＭＯＳ型トランジスタと、それぞれのＭＯＳ
型トランジスタに対応して前記基板に設けられた電荷蓄
積部と、それぞれの電荷蓄積部に対応して前記基板に設
けられた電荷読み出し部とを備えた熱型赤外線センサに
おいて、そのエミッタが前記ボロメータの一端に接続さ
れ、そのベースが第１の電圧源に接続され、そのコレク
タが前記ＭＯＳ型トランジスタのソースに接続されたバ
イポーラトランジスタが前記ボロメータにそれぞれ対応
して前記基板に設けられていることを特徴とする熱型赤
外線センサ。
【請求項３】基板の主面に二次元的に配列された複数
のサーモパイルと、それぞれのサーモパイルに対応して
前記基板に設けられたスイッチ手段と、それぞれのスイ
ッチ手段に対応して前記基板に設けられた電荷蓄積部
と、それぞれの電荷蓄積部に対応して前記基板に設けら
れた電荷読み出し部とを備えた熱型赤外線センサにおい
て、前記スイッチ手段がバイポーラトランジスタであ
り、そのエミッタが前記サーモパイルの一端に接続さ
れ、そのベースが第１の電圧源に接続され、そのコレク
タが前記電荷蓄積部に接続されていることを特徴とする
熱型赤外線センサ。
【請求項４】基板の主面に二次元的に配列された複数
のボロメータと、それぞれのボロメータに並列に接続さ
れ、かつ前記基板に設けられた抵抗と、それぞれのボロ
メータに対応してその後段に接続され、かつ前記基板に
設けられたスイッチ手段と、それぞれのスイッチ手段に
対応して前記基板に設けられた電荷蓄積部と、それぞれ
の電荷蓄積部に対応して前記基板に設けられた電荷読み
出し部とを備えた熱型赤外線センサにおいて、前記スイ
ッチ手段がバイポーラトランジスタであり、そのエミッ
タが前記ボロメータの一端に接続され、そのベースが第
１の電圧源に接続され、そのコレクタが前記電荷蓄積部
に接続されていることを特徴とする熱型赤外線センサ。