WO2018179646A1 - 遠赤外線撮像装置 - Google Patents

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WO2018179646A1
WO2018179646A1 PCT/JP2017/046665 JP2017046665W WO2018179646A1 WO 2018179646 A1 WO2018179646 A1 WO 2018179646A1 JP 2017046665 W JP2017046665 W JP 2017046665W WO 2018179646 A1 WO2018179646 A1 WO 2018179646A1
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far
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transistor
infrared imaging
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PCT/JP2017/046665
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原田　耕一
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to a far-infrared imaging device.
  • an infrared imaging device using the technique described in Patent Document 1 cancels the self-heating component by making the heat capacity and thermal conductance of the shielded pixel smaller than the heat capacity and thermal conductance of the effective pixel. Therefore, for example, by applying the technique described in Patent Document 1, there is a possibility that the detection accuracy in the infrared imaging device can be improved.
  • This disclosure proposes a new and improved far-infrared imaging device capable of improving detection accuracy.
  • a first pixel that includes a plurality of pixels arranged in a matrix, each row includes a first transistor having a first polarity with current flowing therein that has a temperature dependency, and is not shielded from light.
  • a second pixel that includes the first transistor and is shielded from light, and outputs a difference current between the current of the first pixel and the current of the second pixel in a row unit.
  • a far-infrared imaging device is provided.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a second example of the configuration of the far-infrared imaging device according to the present embodiment. It is a block diagram which shows an example of a schematic structure of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of a vehicle exterior information detection part and an imaging part.
  • connecting one constituent element and another constituent element means “the one constituent element and the other constituent element do not pass through another additional constituent element. “It is electrically connected” or “the one component and the other component are electrically connected via another component”.
  • the far-infrared imaging device converts incident far-infrared electromagnetic waves (hereinafter referred to as “far-infrared”) into electrical signals. It is a device having a function to perform.
  • the far-infrared imaging device corresponds to an uncooled far-infrared imaging device that does not require a cooling mechanism.
  • the far infrared ray according to the present embodiment is, for example, an electromagnetic wave having a wavelength of about 4 [micrometer] to 1000 [micrometer].
  • the wavelength of the far infrared ray according to the present embodiment is not limited to the example shown above, and the electromagnetic wave of an arbitrary wavelength band recognized as the far infrared ray in general or by any organization such as an academic society or an industry group. It may be.
  • the far-infrared imaging device includes a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • Each row in the far-infrared imaging device includes a first pixel that is not shielded from light and a second pixel that is shielded from light. More specifically, each row includes one or more first pixels and one second pixel.
  • the first pixel according to the present embodiment is a pixel that is not shielded from light, it corresponds to a pixel to which far infrared rays are incident among a plurality of pixels.
  • the first pixel may be referred to as an “effective pixel”.
  • the first pixel according to the present embodiment includes a first transistor in which a flowing current has a temperature dependency and has a first polarity.
  • a field effect transistor such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or a JFET (Junction Field-Effect Transistor), or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • JFET Joint Field-Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the first transistor is an N-channel MOSFET (an example of a MOSFET having the first polarity)
  • the first transistor may be a P-channel MOSFET (another example of a MOSFET having the first polarity).
  • the second pixel according to the present embodiment is a pixel that is shielded from light, and serves as a reference pixel that serves as a reference for detecting far-infrared rays. Further, since the second pixel is shielded from light, far infrared rays are not incident.
  • the second pixel has a decrease in detection accuracy such as a self-heating component, a DC (Direct Current) offset component, a temperature characteristic of a transistor constituting the pixel, and a variation component. It is provided in order to reduce the influence of noise components that can be a factor of the above.
  • the second pixel may be referred to as an “OB (Optical Black) pixel”.
  • the second pixel includes the first transistor as in the first pixel.
  • each row of a plurality of pixels arranged in a matrix that constitutes the far-infrared imaging device according to this embodiment one or two or more first pixels and one second are as described above. Pixels.
  • the far-infrared imaging device outputs, for example, a differential current between the current of the first pixel and the current of the second pixel as a detection result.
  • the far-infrared imaging device may output, for example, an output voltage based on the differential current as a detection result.
  • the output voltage based on the differential current is obtained by, for example, a detection circuit (described later) included in the far-infrared imaging device according to the present embodiment.
  • the output voltage based on the differential current may be obtained by a circuit outside the far infrared imaging device according to the present embodiment.
  • the first pixel that is not shielded from light and the second pixel that is shielded from light include a first transistor having similar characteristics, and thus the difference between the current of the first pixel and the current of the second pixel.
  • the current is a current in which the influence of noise components that can cause a decrease in detection accuracy as described above is reduced.
  • the far-infrared imaging device can improve detection accuracy.
  • the pixels constituting the plurality of pixels arranged in a matrix are not limited to the first pixel (effective pixel) and the second pixel (OB pixel).
  • a third pixel that is thermally short-circuited from the substrate may be provided for each column.
  • the pixel that is thermally short-circuited from the substrate according to the present embodiment refers to a pixel that conducts heat between the substrate and another component such as a SiO 2 layer.
  • the third pixel includes a second transistor that is thermally short-circuited from the substrate and has a second polarity.
  • the second polarity is a polarity opposite to the first polarity of the first transistor.
  • the flowing current may have temperature dependence, or the flowing current may not have temperature dependence.
  • Examples of the second transistor include field effect transistors such as MOSFET and JFET, and bipolar transistors such as IGBT.
  • the second transistor is a P-channel type MOSFET (an example of a MOSFET having the second polarity)
  • the second transistor may be an N-channel MOSFET (another example of a MOSFET having the second polarity).
  • the first pixel, the second pixel, and the third pixel constitute a current mirror.
  • the far-infrared imaging device according to the present embodiment outputs a difference current between the current of the first pixel and the current of the second pixel by folding the current of the second pixel with a current mirror. Further, as described above, the far-infrared imaging device according to the present embodiment may output an output voltage based on the differential current as a detection result.
  • a pixel that is thermally short-circuited from the substrate such as the third pixel
  • a pixel that is thermally short-circuited from the substrate such as the third pixel
  • the TB pixel according to the present embodiment is not limited to being configured by the second transistor like the third pixel, and may be configured by the first transistor.
  • differential current between the current of the first pixel and the current of the second pixel may be simply referred to as “differential current”.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining an example of the structure of the pixel according to the present embodiment.
  • FIG. 1 illustrates an example of a structure of a pixel in the case where transistors (first transistor and second transistor) included in the pixel are MOSFETs.
  • “S” shown in FIG. 1 is a source terminal of the transistor
  • “D” shown in FIG. 1 is a drain terminal of the transistor
  • “G” shown in FIG. 1 is a gate terminal of the transistor.
  • the pixel according to this embodiment has a hollow structure supported by two elongated support legs in order to reduce the thermal conductance between the pixel and the substrate.
  • the transistors (first transistor and second transistor) according to the present embodiment constituting the pixel have a hollow structure.
  • the gate wiring passes through one support leg, and the gate wiring is connected to the row selection line.
  • the other support leg passes through the drain wiring and the source / sub wiring, the drain wiring is connected to the vertical signal line, and the source / sub wiring is connected to the GND line (reference potential line).
  • the pixel according to the present embodiment has, for example, the structure shown in FIG. Needless to say, the structure of the pixel according to the present embodiment is not limited to the example shown in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a first pixel (effective pixel) according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows an example in which the first pixel is an N-channel MOSFET.
  • the first pixel is bonded to face an integrated circuit (hereinafter, sometimes referred to as “IC (Integrated Circuit)”) including an output circuit (described later). (Hereinafter, the same applies to other figures).
  • IC integrated Circuit
  • the first pixel is made of, for example, single crystal silicon (single crystal Si) in order to reduce noise. That is, the first transistor is made of, for example, single crystal silicon. Further, the first pixel is thinned to about 1 [micrometer] in order to reduce the heat capacity, for example.
  • the first pixel On the back side of the first pixel (upper side in FIG. 2), for example, a far-infrared absorbing film composed of a laminated film of a SiO 2 film and a Si 3 N 4 film is formed. Further, the first pixel has a hollow structure as indicated by “cavity” in FIG. 2, and a back surface reflection film (reflector) is formed on the surface of the IC that opposes the first pixel. The first pixel is thermally insulated from the substrate by the hollow structure.
  • the first pixel according to the present embodiment has a structure shown in FIG. 2, for example. Needless to say, the structure of the first pixel according to the present embodiment is not limited to the example shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the second pixel (OB pixel) according to the present embodiment.
  • FIG. 3 shows an example in which the second pixel is an N-channel MOSFET.
  • the second pixel shown in FIG. 3 has the same structure as the first pixel shown in FIG. 2 except that it is shielded by a light shielding film made of Al or the like.
  • the second pixel Since the second pixel is shielded from light, there is no sensitivity to incident far infrared rays. On the other hand, since the second pixel basically has the same structure as the first pixel, the self-heating component and the like are the same as those of the first pixel.
  • the second pixel according to the present embodiment has a structure shown in FIG. 3, for example. Needless to say, the structure of the second pixel according to the present embodiment is not limited to the example shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a third pixel (TB pixel) according to the present embodiment.
  • FIG. 4 shows an example in which the third pixel is a P-channel type MOSFET.
  • the third pixel shown in FIG. 4 has the same structure as the second pixel shown in FIG. 3 except that there is no cavity thermally insulated from the substrate.
  • FIG. 4 illustrates a structure in which a light-shielding film is provided in the third pixel, but the light-shielding film may not be provided. That is, the third pixel may have the same structure as the first pixel shown in FIG. 2 except that there is no cavity that is thermally insulated from the substrate.
  • the second transistor constituting the third pixel is made of, for example, single crystal silicon, like the first transistor.
  • the third pixel Since the third pixel is thermally short-circuited with the substrate, it has no sensitivity to the incident far infrared rays and the self-heating component.
  • the third pixel according to the present embodiment has a structure shown in FIG. 4, for example. Needless to say, the structure of the third pixel according to the present embodiment is not limited to the example shown in FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the far-infrared imaging device 100 according to the present embodiment.
  • the far-infrared imaging device 100 includes, for example, a pixel circuit 102 including a plurality of pixels arranged in a matrix, a current source 104, and an output circuit 106.
  • the far-infrared imaging device 100 is driven by power supplied from an internal power source (not shown) such as a battery or power supplied from an external power source of the far-infrared imaging device 100.
  • the far-infrared imaging device 100 may include a drive circuit (not shown) that drives the pixels.
  • a drive circuit (not shown) drives a plurality of pixels arranged in a matrix, for example, by applying a row selection signal for selecting a row to drive the pixels to a control line connected to the pixel circuit 102.
  • a row selection signal for selecting a row to drive the pixels to a control line connected to the pixel circuit 102.
  • a selection transistor (described later) provided for each row is turned on (conductive state) or off (non-conductive state) based on a row selection signal.
  • Examples of the selection transistor include a first transistor and a second transistor.
  • a drive circuit may control the output circuit 106.
  • the drive circuit includes, for example, a reset signal that initializes an integration circuit (described later) included in the output circuit 106 and a sample hold that controls the operation of a sample hold circuit (described later) included in the output circuit 106.
  • the output circuit 106 is controlled by applying a signal to a control line connected to the output circuit 106.
  • the output circuit 106 and the drive circuit (not shown) are integrated into one integrated circuit.
  • the plurality of pixels constituting the pixel circuit 102 and the integrated circuit are electrically connected through, for example, a through electrode (TSV (Through-Silicon Via)).
  • TSV Through-Silicon Via
  • the pixel circuit 102 is formed by being stacked on the integrated circuit.
  • the pixel circuit 102 is not limited to be stacked on the integrated circuit.
  • the pixel circuit 102 and the integrated circuit may be provided in parallel and electrically connected via a wiring or the like.
  • the drive circuit (not shown) may be a circuit external to the far-infrared imaging device 100.
  • the pixel circuit 102 includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and outputs a differential current between the current of the effective pixel (first pixel) and the current of the OB pixel (second pixel) in units of rows.
  • the pixel circuit 102 includes an effective pixel unit 110, an OB pixel unit 112, and a TB pixel unit 114.
  • the pixel circuit 102 is realized by, for example, one integrated circuit.
  • the effective pixel unit 110 is, for example, a pixel array in which a plurality of effective pixels are arranged in a matrix.
  • the OB pixel unit 112 In the OB pixel unit 112, one column of OB pixels is arranged. That is, in the OB pixel unit 112, one OB pixel is arranged for each row. 5 illustrates an example in which the OB pixel unit 112 is provided on the left side of the effective pixel unit 110 in FIG. 5, the position where the OB pixel unit 112 is provided is not limited to the example illustrated in FIG. 5. For example, the OB pixel unit 112 may be provided on the right side of the effective pixel unit 110 in FIG.
  • TB pixels (third pixels) including the second transistor are arranged for one row. That is, in the TB pixel portion 114, TB pixels including the second transistor are arranged one for each column.
  • 5 illustrates an example in which the TB pixel unit 114 is provided on the upper side of the effective pixel unit 110 in FIG. 5, the position where the TB pixel unit 114 is provided is not limited to the example illustrated in FIG. 5.
  • the output circuit 106 is provided above the effective pixel unit 110 in FIG. 5, the TB pixel unit 114 may be provided below the effective pixel unit 110 in FIG. 5.
  • the current source 104 is a constant current circuit that is connected to, for example, an internal power supply (not shown) or an external power supply (not shown) and supplies a reference current to the pixel circuit 102.
  • the current source 104 is configured using, for example, a TB pixel.
  • FIG. 5 shows an example in which the current source 104 is provided on the left side of the OB pixel unit 112 in FIG. 5, but the position where the current source 104 is provided is not limited to the example shown in FIG.
  • the current source 104 may be provided on the right side of the effective pixel unit 110 in FIG.
  • Output circuit 106 The output circuit 106 obtains an output voltage based on the differential current output from the pixel circuit 102. More specifically, the output circuit 106 obtains an output voltage by integrating the differential current.
  • the output circuit 106 includes, for example, an integration circuit that integrates the differential current.
  • the integration circuits are arranged for one row in the pixel circuit 102.
  • each integration circuit is provided so as to correspond to the effective pixels constituting the effective pixel unit 110 on a one-to-one basis.
  • the output circuit 106 is provided, for example, in the IC portion shown in FIG. 2 and the like, and is electrically connected to the pixel circuit 102 via the through electrode.
  • the far-infrared imaging device 100 has a configuration shown in FIG. 5, for example.
  • the configuration of the far-infrared imaging device according to the present embodiment is not limited to the example shown in FIG.
  • the far-infrared imaging device may include a drive circuit (not shown).
  • one or both of the current source 104 and the output circuit 106 shown in FIG. 5 may be a circuit outside the far-infrared imaging device according to the present embodiment. Even if one or both of the current source 104 and the output circuit 106 shown in FIG. 5 are external circuits, the far-infrared imaging device according to the present embodiment has the current of the effective pixel and the current of the OB pixel in units of rows. Can be output. Therefore, even if one or both of the current source 104 and the output circuit 106 shown in FIG. 5 are external circuits, the far-infrared imaging device according to the present embodiment can improve detection accuracy.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first example of the configuration of the far-infrared imaging device according to this embodiment.
  • 6 shows an example of the configuration of the far-infrared imaging device 100 shown in FIG.
  • the effective pixel unit 110 includes four effective pixels in 2 rows and 2 columns is illustrated.
  • the number of effective pixels included in the effective pixel unit 110 is not limited to the example illustrated in FIG. 6, and there are N ⁇ M effective pixel units 110 (N is an integer equal to or greater than 1.
  • M is an integer equal to or greater than 1).
  • the effective pixel may be comprised.
  • Power supply 1 shown in FIG. 6 is an internal power supply (not shown) or an external power supply (not shown).
  • power supply 2 shown in FIG. 6 is an internal power supply (not shown) or an external power supply (not shown).
  • Power source 1 and “Power source 2” shown in FIG. 6 may be the same power source or different power sources.
  • the first transistor included in the effective pixel (first pixel) included in the effective pixel unit 110 and the first transistor included in the OB pixel (second pixel) included in the OB pixel unit 112 are An example of an N-channel MOSFET is shown.
  • FIG. 6 illustrates an example in which the second transistor included in the TB pixel (third pixel) included in the TB pixel unit 114 is a P-channel MOSFET.
  • the current source 104 includes a TB pixel and generates a reference current.
  • the gate terminals of the first transistors are commonly connected in the respective rows of the pixel array constituting the effective pixel portion 110 and the OB pixel portion 112. In each row of the pixel array constituting the effective pixel portion 110 and the OB pixel portion 112, the gate terminals of the first transistors commonly connected as described above are connected to the current through the selection transistors 116A and 116B.
  • the transistor 104 constituting the TB pixel of the source 104 is selectively connected to the gate terminal and the drain terminal of the transistor.
  • the first transistors connected in common as described above have the gate terminals and drains of the transistors constituting the TB pixel of the current source 104 when the selection transistors 116A and 116B are turned on based on the row selection signal. Connected to terminal.
  • the selection transistors 116A and 116B may be collectively referred to as one of the selection transistors 116A and 116B, and may be referred to as “selection transistor 116”.
  • examples of the selection transistors 116A and 116B include N-channel MOSFETs that are thermally short-circuited to the substrate.
  • the selection transistors 116A and 116B are not limited to the examples described above.
  • the selection transistors 116A and 116B may be P-channel MOSFETs that are thermally short-circuited to the substrate. Further, the selection transistors 116A and 116B may not be thermally short-circuited with the substrate.
  • one TB pixel including a second transistor is arranged for each column.
  • a gate terminal and a drain terminal of the second transistor constituting the TB pixel including the second transistor are commonly connected.
  • the gate terminal and the drain terminal of the second transistor constituting the TB pixel including the second transistor are connected to the drain terminals of the first transistors constituting the effective pixel portion 110 and the OB pixel portion 112.
  • the source terminal of the second transistor constituting the TB pixel including the second transistor is connected to a power source indicated as “power source 1”.
  • the selection transistor 116 in a certain row When the selection transistor 116 in a certain row is turned on, the gate terminals of the first transistors commonly connected in the corresponding row are connected to the current source 104, and the effective pixel (first pixel) and OB pixel (second pixel) are connected. ) And a TB pixel (third pixel) including the second transistor constitutes a current mirror.
  • the drain terminal of the first transistor constituting the effective pixel and the drain terminal of the first transistor constituting the OB pixel in the row where the selection transistor 116 is turned on are A current having the same magnitude as the reference current supplied from the current source 104 flows.
  • the drain current in the OB pixel is folded by each of the second transistors constituting the TB pixel including the second transistor, and flows to the vertical signal line to which the effective pixel is connected. Then, the difference between the folded current and the drain current in the effective pixel connected to each vertical signal line is taken.
  • the junction temperature of the first transistor that constitutes the effective pixel is that of the first transistor that constitutes the OB pixel. It becomes different from the junction temperature.
  • the reason why the junction temperature of the first transistor constituting the effective pixel is different from the junction temperature of the first transistor constituting the OB pixel is that the OB pixel is shielded from light, whereas the effective pixel is This is because the light is not shielded.
  • the temperature of the effective pixel becomes high. Further, when the far infrared ray is incident on the effective pixel, if the temperature of the subject is lower than the temperature of the effective pixel, the temperature of the effective pixel is lowered.
  • the drain current of the first transistor constituting the effective pixel is changed to the OB pixel. It becomes larger than the drain current of the first transistor constituting.
  • the drain current of the first transistor constituting the effective pixel causes the OB pixel to pass through. It becomes smaller than the drain current of the first transistor to be configured. As a result, the differential current is drawn from the vertical signal line to the pixel side, or the differential current is flowed from the pixel side to the vertical signal line.
  • the differential current is integrated by an integration circuit provided in the output circuit 106 and output as an output voltage.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the output circuit 106 provided in the far-infrared imaging device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows a part of the configuration of the far-infrared imaging device 100 shown in FIG. 6 corresponding to one vertical signal line.
  • the configuration of the output circuit 106 illustrated in FIG. 7 is provided for each vertical signal line.
  • the output circuit 106 includes an integration circuit composed of an operational amplifier and a sample hold circuit.
  • the integration circuit is a self-referencing type integration circuit, integrates the differential current output from the effective pixel, and outputs an output voltage indicating the integration result.
  • the integration circuit performs a reset operation based on a reset signal transmitted from, for example, a drive circuit (not shown). By the reset operation, the DC offset component of the input transistor of the operational amplifier constituting the integrating circuit is canceled.
  • the sample hold circuit holds the output voltage output from the integration circuit based on, for example, a sample hold signal transmitted from a drive circuit (not shown).
  • the sample hold circuit outputs the held output voltage.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of the drive timing of the far-infrared imaging device 100 according to the present embodiment, and illustrates an example of the drive timing of the far-infrared imaging device 100 having the configuration illustrated in FIGS. 6 and 7. .
  • signals indicating “row selection 1” and “row selection 2” are examples of row selection signals, and are output from, for example, a drive circuit (not shown).
  • the signal “reset” in FIG. 8 is an example of a reset signal, and is output from, for example, a drive circuit (not shown).
  • the signal “sample hold” in FIG. 8 is an example of a sample hold signal, and is output from, for example, a drive circuit (not shown).
  • the signal indicated as “output” in FIG. 8 is an example of the output voltage output from the output circuit 106.
  • the integration of the differential current is started in the integration circuit.
  • the high level sample and hold signal is transmitted to the output circuit 106, whereby the sample and hold circuit constituting the output circuit 106 samples and holds the output signal (signal indicating the output voltage).
  • the operation as described above is repeated for each row.
  • the drive timing example of the far-infrared imaging device 100 is not limited to the example shown in FIG.
  • the far-infrared imaging device 100 has the configuration shown in FIGS. 6 and 7, for example, and operates at the drive timing as shown in FIG. 8 to generate an output voltage based on the differential current corresponding to the far-infrared detection result. Output.
  • the first transistor constituting the OB pixel and the first transistor constituting the effective pixel are transistors having the same shape constituting the pixel circuit 102 realized by, for example, one integrated circuit. The characteristics of are almost the same. Further, since the drain current of the OB pixel and the drain current of the effective pixel are currents obtained based on the current of the same current source as the current source 104, the DC offset component, the temperature characteristics of the transistors constituting the pixel, and the variation component These drain currents have the same value including self-heating components.
  • the DC offset component the temperature characteristics of the transistors constituting the pixel, the variation component, the self-heating component, etc. You can cancel almost completely. Even when the output voltage obtained by integrating the differential current is the far-infrared detection result, the output voltage includes the DC offset component, the temperature characteristics of the transistors constituting the pixel, the variation component, and the self-heating component. Etc. becomes the canceled voltage.
  • the far-infrared imaging device 100 can improve the detection accuracy of far-infrared rays.
  • the far-infrared imaging device 100 operates the first transistor in the sub-Vth region.
  • the drain current of the first transistor is expressed by, for example, Equation 1 below.
  • I D shown in the following Equation 1 indicates the drain current
  • A shown in the following Equation 1 indicates a proportional constant depending on the gate length and the like.
  • k shown in Equation 1 below represents a Boltzmann constant
  • T shown in Equation 1 below represents an absolute temperature.
  • V S shown in the following Equation 1 represents the surface potential of the channel portion.
  • V EG (Energy Gap Voltage) shown in Equation 1 below is a band gap voltage of Si and may be called V BG .
  • TCI 12.0 ⁇ (1.1 ⁇ V S ) [% / ° K. ].
  • V S 0.3 [V]
  • TCI 9 [% / ° K]
  • V S 0.3 [V]
  • TCI 11 [% / ° K].
  • the far-infrared imaging device 100 can have a sensitivity of about 10 [% / ° K].
  • the sensitivity of VO 2 which is a typical bolometer material, is about 3 [% / ° K], so the sensitivity in the far-infrared imaging device 100 is about three times larger than the sensitivity of VO 2 . Therefore, the far-infrared imaging device 100 can achieve high sensitivity related to detection of far-infrared rays.
  • the sensitivity can be improved by increasing the drain current of the first transistor, which is a MOSFET.
  • a method of connecting PN junctions in series in the configuration of a PN junction-type far-infrared imaging device can be considered.
  • the drive voltage in the far-infrared imaging device is also increased.
  • the sensitivity can be improved by increasing the drain current of the first transistor, which is a MOSFET. Therefore, the “PN Junction” is connected in series. The driving voltage does not increase as in the case of using the method.
  • the drain current of the first transistor which is a MOSFET, for example, shortening the gate length of the first transistor, reducing the gate oxide film thickness, or a combination thereof.
  • the drain current can be increased without increasing the size of the first transistor.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a second example of the configuration of the far-infrared imaging device according to this embodiment.
  • the other example of the structure of the far-infrared imaging device 100 shown in FIG. 5 is shown.
  • FIG. 9 shows an example in which the effective pixel unit 110 is configured by four effective pixels of 2 rows and 2 columns, as in FIG. 6.
  • the transistors (first transistor and second transistor) constituting the far-infrared imaging device 100 shown in FIG. 9 are different.
  • the parts are the same. More specifically, the configuration example shown in FIG. 9 is obtained by replacing the MOS transistor in the configuration example shown in FIG. 6 with a bipolar transistor.
  • the operation of the far-infrared imaging device 100 in the configuration example shown in FIG. 9 and the operation of the far-infrared imaging device 100 in the configuration example shown in FIG. 6 are the same.
  • the DC offset component, the temperature characteristics of the transistors constituting the pixel, Variation components, self-heating components, and the like can be canceled almost completely. Even in the configuration shown in FIG. 9, the DC offset component, the temperature characteristics of the transistors constituting the pixel, the variation component, the self-heating component, and the like are canceled in the output voltage obtained by integrating the differential current. Voltage.
  • the far-infrared imaging device 100 can improve the detection accuracy of far-infrared rays.
  • the current of the first transistor is expressed by, for example, Equation 3 below.
  • I shown in Equation 3 below indicates the current flowing between the emitter and collector of the bipolar transistor
  • A shown in Equation 3 below indicates a proportionality constant that depends on the area of the transistor and the like.
  • k shown in the following Equation 3 represents a Boltzmann constant
  • T shown in the following Equation 3 represents an absolute temperature.
  • V shown in the following Expression 3 represents a base voltage when the emitter of the bipolar transistor is grounded.
  • V shown in Equation 3 below also corresponds to the voltage of the anode when the cathode in the PN junction is grounded.
  • V D V Diffusion
  • the far-infrared imaging device 100 can set the sensitivity to about 4 [% / ° K].
  • the sensitivity of VO 2 which is a typical bolometer material, is about 3 [% / ° K], so the sensitivity in the far-infrared imaging device 100 is larger than the sensitivity of VO 2 . Therefore, even with the configuration shown in FIG. 9, the far-infrared imaging device 100 can increase the sensitivity related to detection of far-infrared rays.
  • [3-2-2] Another Example of Configuration of Far-Infrared Imaging Device According to the Present Embodiment
  • the configuration of the far-infrared imaging device according to the present embodiment is the same as that of the first configuration described in [3-2-1] above. Examples are not limited to the second example shown in [3-2-2] above.
  • the first transistor is an N-channel MOSFET and the second transistor is a P-channel MOSFET.
  • One transistor may be a P-channel MOSFET, and the second transistor may be an N-channel MOSFET.
  • the first transistor is an NPN bipolar transistor and the second transistor is a PNP bipolar transistor.
  • One transistor may be a PNP bipolar transistor, and the second transistor may be an NPN bipolar transistor.
  • any transistor having a temperature dependency of the flowing current such as JFET or IGBT, can be used as the first transistor and the second transistor.
  • the far-infrared imaging device in the far-infrared imaging device according to the present embodiment, a semiconductor having a larger band gap than Si (silicon) may be used as the substrate material.
  • a semiconductor having a larger band gap than Si silicon
  • the far-infrared imaging device can further increase the sensitivity of far-infrared detection.
  • the far-infrared imaging device according to the present embodiment for example, the following effects are produced.
  • the effects produced by using the far-infrared imaging device according to the present embodiment are not limited to the examples shown below. Since the compatibility with the Si process is good, the far-infrared imaging device according to the present embodiment can be manufactured on a normal CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process line. -Since the far-infrared imaging device concerning this embodiment is a current output type, it is highly sensitive.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the transistors constituting the effective pixel and the OB pixel are MOSFETs and operated in the sub-Vth region, it is possible to make the sensitivity about three times higher than the sensitivity of VO 2 which is a typical bolometer material. . Since the far-infrared imaging device according to the present embodiment obtains a differential current by a current mirror, the symmetry of each voltage and each current is good, the DC offset component, the temperature characteristics of the transistors constituting the pixel, the variation component, and the self-heating The components can be canceled almost completely.
  • each pixel (effective pixel, OB pixel, TB pixel) is composed of one element
  • the far-infrared imaging device according to the present embodiment is driven at a low voltage, and by miniaturization of future processes, Further improvement in sensitivity can be expected. Since the far-infrared imaging device according to the present embodiment employs a self-referencing type integration circuit, the DC offset component of the output circuit can be canceled.
  • the far-infrared imaging device has been described as the present embodiment.
  • the present embodiment is not limited to such a configuration.
  • This embodiment is, for example, “an infrared sensor used in an arbitrary moving body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot”, “a factory”
  • the present invention can be applied to various infrared sensors such as “industrial infrared sensors used in physical distribution systems”, “infrared sensors used in ITS (Intelligent Transport Systems)”, and “security infrared sensors”.
  • this embodiment is applicable to arbitrary apparatuses which have a far-infrared detection function, such as the said mobile body provided with an infrared sensor, for example.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, a vehicle exterior information detection unit 12030, a vehicle interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 includes a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism that adjusts and a braking device that generates a braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, or a fog lamp.
  • the body control unit 12020 can be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle on which the vehicle control system 12000 is mounted.
  • the imaging unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image outside the vehicle and receives the captured image.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process such as a person, a car, an obstacle, a sign, or a character on a road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output an electrical signal as an image, or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared rays.
  • the vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the vehicle interior information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated or it may be determined whether the driver is asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside / outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit A control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes an ADAS (Advanced Driver Assistance System) function including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following traveling based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintaining traveling, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning, etc. It is possible to perform cooperative control for the purpose.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform cooperative control for the purpose of automatic driving that autonomously travels without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamp according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare, such as switching from a high beam to a low beam. It can be carried out.
  • the sound image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of sound and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a vehicle occupant or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door, and an upper part of a windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided in the front nose and the imaging unit 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire an image of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100.
  • the forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 11 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of the imaging part 12104 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, an overhead image when the vehicle 12100 is viewed from above is obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object in the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change in this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100).
  • a predetermined speed for example, 0 km / h or more
  • the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance before the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like.
  • automatic brake control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like autonomously traveling without depending on the operation of the driver can be performed.
  • the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data related to the three-dimensional object to other three-dimensional objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles.
  • the microcomputer 12051 identifies obstacles around the vehicle 12100 as obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 is connected via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is, for example, whether or not the user is a pedestrian by performing a pattern matching process on a sequence of feature points indicating the outline of an object and a procedure for extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras. It is carried out by the procedure for determining.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that there is a pedestrian in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 has a rectangular contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to be superimposed and displayed.
  • voice image output part 12052 may control the display part 12062 so that the icon etc. which show a pedestrian may be displayed on a desired position.
  • the technology according to the present embodiment can be applied to, for example, the imaging unit 12031 in the vehicle control system.
  • the component to which the technique which concerns on this embodiment is applied is not restricted to the imaging part 12031 in the said vehicle control system.
  • a plurality of pixels arranged in a matrix Each line A first pixel in which a flowing current has a temperature dependency and includes a first transistor having a first polarity and is not shielded; A second pixel that includes the first transistor and is shielded from light; Including A far-infrared imaging device that outputs a differential current between the current of the first pixel and the current of the second pixel in units of rows.
  • a third pixel including a second transistor that is thermally short-circuited from the substrate and has a second polarity opposite to that of the first transistor.
  • the far-infrared imaging device Is provided for each column, The first pixel, the second pixel, and the third pixel constitute a current mirror, The far-infrared imaging device according to (1), wherein the current of the second pixel is turned back by the current mirror and the differential current is output. (3) The far-infrared imaging device according to (1) or (2), further including an output circuit that obtains an output voltage based on the differential current. (4) The far-infrared imaging device according to (3), wherein the output circuit obtains the output voltage by integrating the differential current. (5) The far-infrared imaging device according to (4), wherein the output circuit includes an integration circuit that integrates the differential current.
  • a drive circuit for driving the plurality of pixels; The output circuit and the drive circuit are integrated in one integrated circuit, The far-infrared imaging device according to any one of (3) to (5), wherein the plurality of pixels and the integrated circuit are electrically connected through a through electrode. (7) The far-infrared imaging device according to (6), wherein the plurality of pixels are formed by being stacked on the integrated circuit. (8) The far infrared imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the first transistor is a field effect transistor or a bipolar transistor. (9) The far-infrared imaging device according to any one of (1) to (8), wherein the first transistor is made of single crystal silicon.

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Abstract

行列状に配置される複数の画素を備え、各行は、流れる電流が温度依存性を有し、第１の極性を有する第１のトランジスタを含み、遮光されない第１の画素と、第１のトランジスタを含み、遮光される、１つの第２の画素とを含み、行単位で、第１の画素の電流と第２の画素の電流との差分電流を出力する、遠赤外線撮像装置が、提供される。

Description

遠赤外線撮像装置
　本開示は、遠赤外線撮像装置に関する。
　非冷却型の赤外線撮像装置に係る技術が開発されている。上記技術としては、例えば下記の特許文献１に記載の技術が挙げられる。
特開２０１３－２００１８７号公報
　例えば特許文献１に記載の技術が用いられる赤外線撮像装置は、遮光された画素の熱容量および熱コンダクタンスを、有効画素の熱容量および熱コンダクタンスよりも小さくすることによって、自己発熱成分をキャンセルしている。よって、例えば特許文献１に記載の技術を適用することにより、赤外線撮像装置における検出精度の向上を図ることができる可能性はある。
　ここで、例えば特許文献１に記載の技術を適用するためには、画素の形状を変えることにより遮光された画素の熱容量と熱コンダクタンスを合わせ込む必要がある。しかしながら、上記のように遮光された画素の熱容量と熱コンダクタンスを合わせ込む場合には、合わせ込める範囲の制約は大きく、合わせ込みを行うことは困難である。さらに述べれば、例えば特許文献１に記載の技術を利用する場合には、画素サイズやプロセス、フレームレートなどが変わるごとに、その都度、遮光された画素の熱容量と熱コンダクタンスを合わせ込みを行う必要がある。よって、例えば特許文献１に記載の技術を利用する場合には、赤外線撮像装置における自己発熱の影響を低減することができるとは限られない。
　本開示では、検出精度の向上を図ることが可能な、新規かつ改良された遠赤外線撮像装置を提案する。
　本開示によれば、行列状に配置される複数の画素を備え、各行は、流れる電流が温度依存性を有し、第１の極性を有する第１のトランジスタを含み、遮光されない第１の画素と、上記第１のトランジスタを含み、遮光される、１つの第２の画素と、を含み、行単位で、上記第１の画素の電流と上記第２の画素の電流との差分電流を出力する、遠赤外線撮像装置が、提供される。
　本開示によれば、検出精度の向上を図ることができる。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握されうる他の効果が奏されてもよい。
本実施形態に係る画素の構造の一例を説明するための平面図である。 本実施形態に係る第１の画素（有効画素）の一例を示す断面図である。 本実施形態に係る第２の画素（ＯＢ画素）の一例を示す断面図である。 本実施形態に係る第３の画素（ＴＢ画素）の一例を示す断面図である。 本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の第１の例を示す説明図である。 本実施形態に係る遠赤外線撮像装置が備える出力回路の構成の一例を示す説明図である。 本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の駆動タイミングの一例を示す説明図である。 図９は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の第２の例を示す説明図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　また、以下において、“一の構成要素と、他の構成要素とを、接続する”とは、“当該一の構成要素と当該他の構成要素とが、さらなる他の構成要素を介さずに、電気的に接続されていること”、または、“当該一の構成要素と当該他の構成要素とが、さらなる他の構成要素を介して、電気的に接続されていること”をいう。
　また、以下では、下記に示す順序で説明を行う。
　　１．本実施形態に係る遠赤外線撮像装置
［１］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の概要
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、入射された遠赤外領域の電磁波（以下、「遠赤外線」と示す。）を電気信号に変換する機能を有する装置である。本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、冷却機構を必要としない、非冷却型の遠赤外線撮像装置に該当する。
　ここで、本実施形態に係る遠赤外線とは、例えば、波長が約４［マイクロメートル］～１０００［マイクロメートル］の電磁波である。なお、本実施形態に係る遠赤外線の波長は、上記に示す例に限られず、一般的に、または、学会、業界団体などの任意の組織により、遠赤外線と認識される任意の波長帯の電磁波であってもよい。
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、行列状に配置される複数の画素を備える。
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置における各行は、遮光されない第１の画素と、遮光される第２の画素とを含む。より具体的には、各行は、１つまたは２つ以上の第１の画素と、１つの第２の画素とを含む。
　本実施形態に係る第１の画素は、遮光されない画素であるので、複数の画素のうちの遠赤外線が入射される画素に該当する。以下では、第１の画素を「有効画素」と示す場合がある。
　本実施形態に係る第１の画素は、流れる電流が温度依存性を有し、第１の極性を有する第１のトランジスタを含む。
　本実施形態に係る第１のトランジスタとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）やＪＦＥＴ（Junction　Field-Effect　Transistor）などの電界効果トランジスタ、または、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）などのバイポーラトランジスタが、挙げられる。
　以下では、第１のトランジスタが、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（第１の極性を有するＭＯＳＦＥＴの一例）である場合を、主に例に挙げる。なお、第１のトランジスタがＭＯＳＦＥＴである場合、第１のトランジスタは、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（第１の極性を有するＭＯＳＦＥＴの他の例）であってもよい。
　本実施形態に係る第２の画素は、遮光される画素であり、遠赤外線の検出に係る基準となる基準画素の役目を果たす。また、第２の画素は、遮光されるので、遠赤外線は入射されない。本実施形態に係る遠赤外線撮像装置において、第２の画素は、例えば、自己発熱成分や、ＤＣ（Direct　Current）オフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分などの、検出精度の低下の要因となりうる、ノイズ成分の影響を低減するために設けられる。以下では、第２の画素を「ＯＢ（Optical　Black）画素」と示す場合がある。
　第２の画素は、第１の画素と同様に、第１のトランジスタを含む。
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置を構成する、行列状に配置されている複数の画素における各行には、上述したような、１つまたは２つ以上の第１の画素と、１つの第２の画素とが含まれる。
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、例えば、第１の画素の電流と第２の画素の電流との差分電流を、検出結果として出力する。
　また、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、例えば、上記差分電流に基づく出力電圧を、検出結果として出力してもよい。上記差分電流に基づく出力電圧は、例えば、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置が備える検出回路（後述する）により得られる。なお、上記差分電流に基づく出力電圧は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の外部の回路によって得られてもよい。
　ここで、遮光されない第１の画素と、遮光される第２の画素とは、同様の特性を有する第１のトランジスタを含むので、第１の画素の電流と第２の画素の電流との差分電流は、上述したような検出精度の低下の要因となりうるノイズ成分の影響が低減された電流となる。
　したがって、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、検出精度の向上を図ることができる。
　なお、行列状に配置された複数の画素を構成する画素は、上記第１の画素（有効画素）と上記第２の画素（ＯＢ画素）とに限られない。
　例えば、行列状に配置される複数の画素の１つの行には、基板から熱的に短絡する第３の画素が、列ごとに設けられていてもよい。
　本実施形態に係る基板から熱的に短絡する画素とは、例えば、ＳｉＯ２層などの他の構成要素を介して基板との間で熱が伝導される画素をいう。
　第３の画素は、基板から熱的に短絡し、第２の極性を有する第２のトランジスタを含む。第２の極性とは、第１のトランジスタが有する第１の極性とは反対の極性である。ここで、第２のトランジスタでは、流れる電流が温度依存性を有していてもよいし、流れる電流が温度依存性を有していなくてもよい。
　第２のトランジスタとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＪＦＥＴなどの電界効果トランジスタ、または、ＩＧＢＴなどのバイポーラトランジスタが、挙げられる。
　以下では、第２のトランジスタが、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（第２の極性を有するＭＯＳＦＥＴの一例）である場合を、主に例に挙げる。なお、第２のトランジスタがＭＯＳＦＥＴである場合、第２のトランジスタは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（第２の極性を有するＭＯＳＦＥＴの他の例）であってもよい。
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置では、後述するように、第１の画素、第２の画素、および第３の画素は、カレントミラーを構成する。そして、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、第２の画素の電流をカレントミラーで折り返すことによって、第１の画素の電流と第２の画素の電流との差分電流を出力する。また、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、上述したように、上記差分電流に基づく出力電圧を、検出結果として出力してもよい。
　以下では、第３の画素のような、基板から熱的に短絡する画素を、「ＴＢ（Thermal　Black）画素」と示す場合がある。また、本実施形態に係るＴＢ画素は、第３の画素のように第２のトランジスタで構成されることに限られず、第１のトランジスタで構成されていてもよい。
　また、以下では、第１の画素の電流と第２の画素の電流との差分電流を、単に「差分電流」と示す場合がある。
［２］本実施形態に係る画素の構成例
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の一例を説明する前に、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置を構成する画素の構成の一例を説明する。
［２－１］各画素の構造
　図１は、本実施形態に係る画素の構造の一例を説明するための平面図である。図１は、画素を構成するトランジスタ（第１のトランジスタ、および第２のトランジスタ）が、ＭＯＳＦＥＴである場合における、画素の構造の一例を示している。図１に示す“Ｓ”は、トランジスタのソース端子であり、図１に示す“Ｄ”は、トランジスタのドレイン端子であり、図１に示す“Ｇ”は、トランジスタのゲート端子である。
　図１に示すように、本実施形態に係る画素は、基板との間の熱コンダクタンスを小さくする為に、２本の細長い支持脚で支えられた中空構造になっている。つまり、画素を構成する本実施形態に係るトランジスタ（第１のトランジスタ、および第２のトランジスタ）は、中空構造である。
　一方の支持脚にはゲート配線が通っており、ゲート配線は行選択線に接続される。また、他方の支持脚には、ドレイン配線と、ソース・サブ配線が通っており、ドレイン配線は垂直信号線に接続され、ソース・サブ配線はＧＮＤ線（基準電位線）に接続されている。
　本実施形態に係る画素は、例えば図１に示す構造を有する。なお、本実施形態に係る画素の構造が、図１に示す例に限られないことは、言うまでもない。
［２－２］第１の画素（有効画素）
　図２は、本実施形態に係る第１の画素（有効画素）の一例を示す断面図である。図２では、第１の画素がＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴである例を示している。また、図２では、第１の画素が出力回路（後述する）を含む集積回路（以下、「ＩＣ（Integrated　Circuit）」と示す場合がある。）と向かい合って貼り合されており、裏面照射型の構成を示している（以下、他の図でも同様とする。）。
　第１の画素は、例えば、ノイズを低減する為に、単結晶シリコン（単結晶Ｓｉ）で構成される。つまり、第１のトランジスタは、例えば単結晶シリコンで構成される。また、第１の画素は、例えば、熱容量を低減する為に１［マイクロメートル］程度に薄膜化される。
　第１の画素の裏面側（図２における上側）には、例えば、ＳｉＯ２膜およびＳｉ３Ｎ４膜の積層膜で構成された遠赤外線吸収膜が形成される。また、第１の画素は、図２において“キャビティ”と示すように中空構造になっており、第１の画素に対抗するＩＣの表面には、裏面反射膜（リフレクタ）が形成される。第１の画素は、中空構造により基板から熱的に絶縁される。
　本実施形態に係る第１の画素は、例えば図２に示す構造を有する。なお、本実施形態に係る第１の画素の構造が、図２に示す例に限られないことは、言うまでもない。
［２－３］第２の画素（ＯＢ画素）
　図３は、本実施形態に係る第２の画素（ＯＢ画素）の一例を示す断面図である。図３では、第２の画素がＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴである例を示している。
　図３に示す第２の画素は、Ａｌなどで構成される遮光膜で遮光されていることを除けば図２に示す第１の画素と同様の構造を有する。
　第２の画素は、遮光されているので、入射する遠赤外線に対しては感度は無い。一方、第２の画素は、基本的に第１の画素と同様の構造を有するので、自己発熱成分などは第１の画素と同じである。
　本実施形態に係る第２の画素は、例えば図３に示す構造を有する。なお、本実施形態に係る第２の画素の構造が、図３に示す例に限られないことは、言うまでもない。
［２－４］第３の画素（ＴＢ画素）
　図４は、本実施形態に係る第３の画素（ＴＢ画素）の一例を示す断面図である。図４では、第３の画素がＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴである例を示している。
　図４に示す第３の画素は、基板から熱的に絶縁していたキャビティが無いことを除けば図３に示す第２の画素と同様の構造を有する。なお、図４では、第３の画素に遮光膜が設けられる構造を示しているが、当該遮光膜は、設けられていなくてもよい。つまり、第３の画素は、基板から熱的に絶縁していたキャビティが無いことを除き、図２に示す第１の画素と同様の構造を有していてもよい。第３の画素を構成する第２のトランジスタは、第１のトランジスタと同様に、例えば単結晶シリコンで構成される。
　第３の画素は、基板と熱的に短絡されているので、入射する遠赤外線に対しても自己発熱成分に対しても感度が無い。
　本実施形態に係る第３の画素は、例えば図４に示す構造を有する。なお、本実施形態に係る第３の画素の構造が、図４に示す例に限られないことは、言うまでもない。
［３］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成例
　次に、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成について、説明する。
［３－１］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の概要
　まず、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の概要を説明する。
　図５は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置１００の構成の一例を示すブロック図である。遠赤外線撮像装置１００は、例えば、行列状に配置される複数の画素を含む画素回路１０２と、電流源１０４と、出力回路１０６とを備える。遠赤外線撮像装置１００は、バッテリなどの内部電源（図示せず）から供給される電力、または、遠赤外線撮像装置１００の外部電源から供給される電力によって、駆動する。
　また、遠赤外線撮像装置１００は、画素を駆動させる駆動回路（図示せず）を備えていてもよい。
　駆動回路（図示せず）は、例えば、画素を駆動させる行を選択する行選択信号を、画素回路１０２に接続される制御線に印加することによって、行列状に配置される複数の画素を駆動させる。画素回路１０２では、例えば、行ごとに設けられる選択トランジスタ（後述する）が、行選択信号に基づきオン状態（導通状態）またはオフ状態（非導通状態）となる。選択トランジスタとしては、例えば、第１のトランジスタまたは第２のトランジスタが、挙げられる。
　また、駆動回路（図示せず）は、出力回路１０６を制御してもよい。駆動回路（図示せず）は、例えば、出力回路１０６が備える積分回路（後述する）を初期状態にさせるリセット信号と、出力回路１０６が備えるサンプルホールド回路（後述する）の動作を制御するサンプルホールド信号とを、出力回路１０６に接続される制御線に印加することによって、出力回路１０６を制御する。
　遠赤外線撮像装置１００が駆動回路（図示せず）を備える場合、出力回路１０６と駆動回路（図示せず）とは、１つの集積回路に集積される。そして、画素回路１０２を構成する複数の画素と、上記集積回路とは、例えば、貫通電極（ＴＳＶ（Through-Silicon　Via））を介して電気的に接続される。
　また、遠赤外線撮像装置１００が駆動回路（図示せず）を備える場合、画素回路１０２は、上記集積回路上に積層されて形成される。なお、画素回路１０２は、上記集積回路上に積層されて形成されることに限られない。例えば、画素回路１０２と上記集積回路とは、並列に設けられ、配線などを介して電気的に接続されていてもよい。
　なお、駆動回路（図示せず）は、遠赤外線撮像装置１００の外部の回路であってもよい。
［３－１－１］画素回路１０２
　画素回路１０２は、行列状に配置される複数の画素を含み、行単位で、有効画素（第１の画素）の電流とＯＢ画素（第２の画素）の電流との差分電流を出力する。画素回路１０２は、有効画素部１１０と、ＯＢ画素部１１２と、ＴＢ画素部１１４とを有する。画素回路１０２は、例えば１つの集積回路で実現される。
　有効画素部１１０は、例えば、複数の有効画素が行列状に配置される画素アレイである。
　ＯＢ画素部１１２は、ＯＢ画素が１列分配置される。つまり、ＯＢ画素部１１２は、行ごとに１つずつＯＢ画素が配置される。図５では、ＯＢ画素部１１２が、図５における有効画素部１１０の左側に設けられる例を示しているが、ＯＢ画素部１１２が設けられる位置は、図５に示す例に限られない。例えば、ＯＢ画素部１１２は、図５における有効画素部１１０の右側に設けられていてもよい。
　ＴＢ画素部１１４は、第２のトランジスタを含むＴＢ画素（第３の画素）が１行分配置される。つまり、ＴＢ画素部１１４は、列ごとに１つずつ、第２のトランジスタを含むＴＢ画素が配置される。図５では、ＴＢ画素部１１４が、図５における有効画素部１１０の上側に設けられる例を示しているが、ＴＢ画素部１１４が設けられる位置は、図５に示す例に限られない。例えば、出力回路１０６が図５における有効画素部１１０の上側に設けられているときには、ＴＢ画素部１１４は、図５における有効画素部１１０の下側に設けられていてもよい。
［３－１－２］電流源１０４
　電流源１０４は、例えば内部電源（図示せず）または外部電源（図示せず）と接続され、画素回路１０２に対して基準電流を供給する定電流回路である。電流源１０４は、例えばＴＢ画素を用いて構成される。
　図５では、電流源１０４が、図５におけるＯＢ画素部１１２の左側に設けられる例を示しているが、電流源１０４が設けられる位置は、図５に示す例に限られない。例えば、電流源１０４は、図５における有効画素部１１０の右側に設けられていてもよい。
［３－１－３］出力回路１０６
　出力回路１０６は、画素回路１０２から出力される差分電流に基づき出力電圧を得る。より具体的には、出力回路１０６は、差分電流を積分することにより出力電圧を得る。
　出力回路１０６は、例えば、差分電流を積分する積分回路を含んで構成される。積分回路は、画素回路１０２における１行分配置される。例えば、出力回路１０６では、積分回路それぞれが、有効画素部１１０を構成する有効画素と一対一に対応するように、設けられる。
　出力回路１０６は、例えば図２などに示すＩＣ部分に設けられ、画素回路１０２と貫通電極を介して電気的に接続される。
　遠赤外線撮像装置１００は、例えば図５に示す構成を有する。
　なお、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成は、図５に示す例に限られない。
　例えば上述したように、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、駆動回路（図示せず）を備えていてもよい。
　また、図５に示す電流源１０４と出力回路１０６との一方または双方は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の外部の回路であってもよい。図５に示す電流源１０４と出力回路１０６との一方または双方が外部の回路であっても、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、行単位で、有効画素の電流とＯＢ画素の電流との差分電流を出力することが可能である。よって、図５に示す電流源１０４と出力回路１０６との一方または双方が外部の回路であっても、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、検出精度の向上を図ることができる。
［３－２］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の具体例
　次に、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の具体例を示す。
［３－２－１］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の第１の例
　図６は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の第１の例を示す説明図であり、図５に示す遠赤外線撮像装置１００の構成の一例を示している。図６では、便宜上、有効画素部１１０が、２行２列の４つの有効画素で構成されている例を示している。なお、有効画素部１１０が有する有効画素の数は、図６に示す例に限られず、有効画素部１１０は、Ｎ×Ｍ個（Ｎは、１以上の整数。Ｍは、１以上の整数）の有効画素で構成されていてもよい。
　図６に示す“電源１”は、内部電源（図示せず）または外部電源（図示せず）である。また、図６に示す“電源２”は、内部電源（図示せず）または外部電源（図示せず）である。図６に示す“電源１”と“電源２”とは、同一の電源であってもよいし、異なる電源であってもよい。
　図６では、有効画素部１１０を構成する有効画素（第１の画素）が含む第１のトランジスタ、およびＯＢ画素部１１２を構成するＯＢ画素（第２の画素）が含む第１のトランジスタが、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである例を示している。また、図６では、ＴＢ画素部１１４を構成するＴＢ画素（第３の画素）が含む第２のトランジスタが、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである例を示している。
　電流源１０４は、ＴＢ画素を含んで構成され、基準電流を発生させる。
　有効画素部１１０およびＯＢ画素部１１２を構成する画素アレイのそれぞれの行では、第１のトランジスタのゲート端子が共通接続される。また、有効画素部１１０およびＯＢ画素部１１２を構成する画素アレイのそれぞれの行では、上記のように共通接続された第１のトランジスタそれぞれのゲート端子が、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂを介して、電流源１０４のＴＢ画素を構成するトランジスタのゲート端子およびドレイン端子と、選択的に接続される。上記のように共通接続された第１のトランジスタは、行選択信号に基づいて選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂがオン状態となっているときに、電流源１０４のＴＢ画素を構成するトランジスタのゲート端子およびドレイン端子と接続される。
　以下では、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂを総称して、または、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂの１つを示して、「選択トランジスタ１１６」と示す場合がある。
　ここで、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂとしては、熱的に基板と短絡されたＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴが挙げられるが、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂは、上記に示す例に限られない。例えば、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂは、熱的に基板と短絡されたＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、選択トランジスタ１１６Ａ、１１６Ｂは、熱的に基板と短絡されていなくてもよい。
　ＴＢ画素部１１４は、列ごとに１つずつ、第２のトランジスタを含むＴＢ画素が配置される。第２のトランジスタを含むＴＢ画素を構成する第２のトランジスタは、ゲート端子およびドレイン端子が共通接続される。また、第２のトランジスタを含むＴＢ画素を構成する第２のトランジスタのゲート端子およびドレイン端子は、有効画素部１１０およびＯＢ画素部１１２を構成する第１のトランジスタのドレイン端子と接続される。また、第２のトランジスタを含むＴＢ画素を構成する第２のトランジスタのソース端子は、“電源１”と示す電源と接続される。
　以下、図６に示す遠赤外線撮像装置１００における動作を説明する。
　ある行の選択トランジスタ１１６がオン状態となると、当該行において共通接続されている第１のトランジスタのゲート端子が、電流源１０４に接続され、有効画素（第１の画素）、ＯＢ画素（第２の画素）、および第２のトランジスタを含むＴＢ画素（第３の画素）によりカレントミラーが構成される。
　遠赤外線が入射されていない場合、選択トランジスタ１１６がオン状態となった行における、有効画素を構成する第１のトランジスタのドレイン端子、およびＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのドレイン端子には、電流源１０４から供給される基準電流と同じ大きさの電流が流れる。
　ＯＢ画素におけるドレイン電流は、第２のトランジスタを含むＴＢ画素を構成する第２のトランジスタそれぞれによって折り返され、有効画素が接続される垂直信号線に流れる。そして、折り返された電流それぞれは、垂直信号線それぞれに接続されている有効画素におけるドレイン電流との差分がとられる。
　遠赤外線が入射されていない場合、上記のように、有効画素およびＯＢ画素双方に基準電流と同じ大きさの電流が流れるので、差分電流は、０（ゼロ）、または、０（ゼロ）とみなせる程度に十分に小さな値となる。
　一方、ある行の選択トランジスタ１１６がオン状態となっているときに、遠赤外線が入射されると、有効画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度は、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度とは異なるようになるなる。有効画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度が、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度とは異なるようになる理由は、ＯＢ画素が遮光されているのに対して、有効画素は遮光されていないためである。
　有効画素に遠赤外線が入射したとき、被写体の温度が有効画素の温度よりも高い場合には、有効画素の温度は高くなる。また、有効画素に遠赤外線が入射したとき、被写体の温度が有効画素の温度よりも低い場合には、有効画素の温度は低くなる。ここで、有効画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度が、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度よりも高くなると、有効画素を構成する第１のトランジスタのドレイン電流が、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのドレイン電流よりも大きくなる。また、有効画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度が、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのジャンクション温度よりも低くなると、有効画素を構成する第１のトランジスタのドレイン電流が、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタのドレイン電流よりも小さくなる。そして、上記の結果、差分電流が垂直信号線から画素側に引き込まれる、または、差分電流が画素側から垂直信号線に流し込まれる。
　上記差分電流は、出力回路１０６が備える積分回路により積分され、出力電圧として出力される。
　図７は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置１００が備える出力回路１０６の構成の一例を示す説明図である。図７では、図６に示す遠赤外線撮像装置１００の構成のうち、１つの垂直信号線に対応する一部の構成を示している。図６に示す遠赤外線撮像装置１００では、例えば、図７に示す出力回路１０６の構成が垂直信号線ごとに設けられる。
　出力回路１０６は、オペアンプで構成される積分回路と、サンプルホールド回路とを備える。
　積分回路は、自己参照方式の積分回路であり、有効画素から出力される差分電流を積分し、積分結果を示す出力電圧を出力する。また、積分回路は、例えば駆動回路（図示せず）から伝達されるリセット信号に基づきリセット動作を行う。上記リセット動作により、積分回路を構成するオペアンプの入力トランジスタのＤＣオフセット成分は、キャンセルされる。
　サンプルホールド回路は、例えば駆動回路（図示せず）から伝達されるサンプルホールド信号に基づき、積分回路から出力される出力電圧を保持する。そして、サンプルホールド回路は、保持された出力電圧を出力する。
　図８は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置１００の駆動タイミングの一例を示す説明図であり、図６、図７に示す構成を有する遠赤外線撮像装置１００の駆動タイミングの一例を示している。図８において“行選択１”、“行選択２”と示す信号は、行選択信号の一例であり、例えば駆動回路（図示せず）から出力される。また、図８において“リセット”と示す信号は、リセット信号の一例であり、例えば駆動回路（図示せず）から出力される。また、図８において“サンプルホールド”と示す信号は、サンプルホールド信号の一例であり、例えば駆動回路（図示せず）から出力される。また、図８において“出力”と示す信号は、出力回路１０６から出力される出力電圧の一例である。
　ある行の選択トランジスタ１１６に対してハイレベルの行選択信号が印加されることによって、当該選択トランジスタ１１６がオン状態となり、当該行が選択された状態（アクティブな状態）となる。その後、ハイレベルのリセット信号が出力回路１０６に伝達されることによって、出力回路１０６を構成する積分回路はリセットされる。
　その後、ローレベルのリセット信号が出力回路１０６に伝達されることによって、積分回路では、差分電流の積分が開始される。所定時間経過後に、ハイレベルのサンプルホールド信号が出力回路１０６に伝達されることによって、出力回路１０６を構成するサンプルホールド回路では、出力信号（出力電圧を示す信号）のサンプル／ホールドが行われる。
　遠赤外線撮像装置１００では、上記に示すような動作が行ごとに繰り返し行われる。なお、遠赤外線撮像装置１００の駆動タイミングの例が、図８に示す例に限られないことは、言うまでもない。
　遠赤外線撮像装置１００は、例えば図６、図７に示す構成を有し、図８に示すような駆動タイミングで動作することによって、遠赤外線の検出結果に該当する、差分電流に基づく出力電圧を出力する。
　ここで、ＯＢ画素を構成する第１のトランジスタと、有効画素を構成する第１のトランジスタとは、例えば１つの集積回路で実現される画素回路１０２を構成する同一形状のトランジスタであるので、これらの特性は、ほぼ同一である。また、ＯＢ画素のドレイン電流と有効画素のドレイン電流は、電流源１０４という同一の電流源の電流を基に得られる電流であるので、ＤＣオフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分、自己発熱成分なども含めて、これらのドレイン電流の電流値は同一である。
　よって、有効画素の電流とＯＢ画素の電流との差分電流を、遠赤外線の検出結果として得ることよって、ＤＣオフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分、および自己発熱成分などを、ほぼ完全にキャンセルすることができる。また、差分電流を積分することにより得られる出力電圧を遠赤外線の検出結果とする場合においても、当該出力電圧は、ＤＣオフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分、および自己発熱成分などがキャンセルされた電圧となる。
　したがって、遠赤外線撮像装置１００は、遠赤外線の検出精度の向上を図ることができる。
　また、有効画素およびＯＢ画素を構成する第１のトランジスタがＭＯＳＦＥＴである場合、遠赤外線撮像装置１００では、当該第１のトランジスタをサブＶｔｈ領域で動作させる。
　ＭＯＳＦＥＴである第１のトランジスタをサブＶｔｈ領域で動作させる場合、第１のトランジスタのドレイン電流は、例えば下記の数式１で表される。ここで、下記の数式１に示す“ＩＤ”はドレイン電流を示し、下記の数式１に示す“Ａ”は、ゲート長などに依存する比例定数を示している。また、下記の数式１に示す“ｋ”は、ボルツマン定数を示し、下記の数式１に示す“Ｔ”は、絶対温度を示している。また、下記の数式１に示す“ＶＳ”は、チャネル部の表面ポテンシャルを示している。また、下記の数式１に示す“ＶＥＧ”（Energy　Gap　Voltage）は、Ｓｉのバンドギャップ電圧であり、ＶＢＧと呼ばれる場合もある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記数式１を“ＶＳ”を固定して“Ｔ”で偏微分すると、ＭＯＳＦＥＴである第１のトランジスタの感度ＴＣＩは、下記の数式２で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　例えば、ＶＥＧ＝１．１［Ｖ］とし、かつ、Ｋ＝（３６＋２７３）［°／Ｋ］とおくと、感度ＴＣＩは、ＴＣＩ＝１２・（１．１－ＶＳ）［％／°Ｋ］となる。例えば、ＶＳ＝０．３［Ｖ］のときはＴＣＩ＝９［％／°Ｋ］となり、ＶＳ＝０．３［Ｖ］のときはＴＣＩ＝１１［％／°Ｋ］となる。
　上記のように、ＭＯＳＦＥＴである第１のトランジスタをサブＶｔｈ領域で動作させる場合、遠赤外線撮像装置１００は、感度を、１０［％／°Ｋ］程度とすることが可能である。
　ここで、例えば代表的なボロメータ材料であるＶＯ２の感度は約３［％／°Ｋ］であるので、遠赤外線撮像装置１００における感度は、ＶＯ２の感度よりも約３倍大きい。よって、遠赤外線撮像装置１００は、遠赤外線の検出に係る感度の高感度化を図ることができる。
　また、遠赤外線撮像装置１００では、ＭＯＳＦＥＴである第１のトランジスタのドレイン電流を増加させることにより、感度を向上させることが可能である。
　ここで、遠赤外線撮像装置の感度を向上させる方法の１つとしては、“ＰＮ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ型の遠赤外線撮像装置の構成において、ＰＮ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎを直列に接続する方法”が考えられる。しかしながら、ＰＮ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎを直列に接続する場合には、遠赤外線撮像装置における駆動電圧も高くなってしまう。
　一方、遠赤外線撮像装置１００では、上記のように、ＭＯＳＦＥＴである第１のトランジスタのドレイン電流を増加させることにより、感度を向上させることが可能であるので、上記“ＰＮ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎを直列に接続する方法”を用いる場合のように、駆動電圧は高くならない。
　また、ＭＯＳＦＥＴである第１のトランジスタのドレイン電流を増加させる方法としては、例えば、第１のトランジスタのゲート長を短くすること、ゲート酸化膜厚を薄膜化すること、あるいは、これらの組み合わせが、挙げられる。上記のようなドレイン電流を増加させる方法を適用することにより、第１のトランジスタのサイズを大きくすることなく、ドレイン電流を増加させることができる。
　よって、第１のトランジスタとしてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、トランジスタのサイズの増大を抑えつつ、ドレイン電流を増加させることが可能であるので、遠赤外線撮像装置１００では、“プロセスの微細化に対応しつつ、遠赤外線の検出に係る感度の高感度化を図ることができる可能性”が高い。
［３－２－２］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の第２の例
　図９は、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の第２の例を示す説明図であり、図５に示す遠赤外線撮像装置１００の構成の他の例を示している。図９では、図６と同様に、有効画素部１１０が２行２列の４つの有効画素で構成されている例を示している。
　図９に示す構成例と、図６に示す構成例とを比較すると、図９に示す遠赤外線撮像装置１００を構成するトランジスタ（第１のトランジスタおよび第２のトランジスタ）が異なっており、他の部分については同一である。より具体的には、図９に示す構成例は、図６に示す構成例におけるＭＯＳトランジスタを、バイポーラトランジスタに置き換えたものである。
　また、図９に示す構成例における遠赤外線撮像装置１００の動作と、図６に示す構成例における遠赤外線撮像装置１００の動作とは、同一である。
　よって、図９に示す構成であっても、有効画素の電流とＯＢ画素の電流との差分電流を、遠赤外線の検出結果として得ることよって、ＤＣオフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分、および自己発熱成分などを、ほぼ完全にキャンセルすることができる。また、図９に示す構成であっても、差分電流を積分することにより得られる出力電圧は、ＤＣオフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分、および自己発熱成分などがキャンセルされた電圧となる。
　したがって、図９に示す構成であっても、遠赤外線撮像装置１００は、遠赤外線の検出精度の向上を図ることができる。
　また、有効画素およびＯＢ画素を構成する第１のトランジスタがバイポーラトランジスタである場合、第１のトランジスタの電流は、例えば下記の数式３で表される。ここで、下記の数式３に示す“Ｉ”はバイポーラトランジスタのエミッタ－コレクタ間に流れる電流を示し、下記の数式３に示す“Ａ”は、トランジスタの面積などに依存する比例定数を示している。また、下記の数式３に示す“ｋ”は、ボルツマン定数を示し、下記の数式３に示す“Ｔ”は、絶対温度を示している。また、下記の数式３に示す“Ｖ”は、バイポーラトランジスタのエミッタを接地したときのベース電圧を示している。なお、下記の数式３に示す“Ｖ”は、ＰＮ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎにおけるカソードを接地したときのアノードの電圧にも該当する。また、下記の数式３に示す“ＶＤ”（V　Diffusion）は、ＰＮ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎにおけるビルトインポテンシャルを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記数式３を“Ｖ”を固定して“Ｔ”で偏微分すると、バイポーラトランジスタである第１のトランジスタの感度ＴＣＩは、下記の数式４で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　例えば、ＶＤ＝１．０［Ｖ］とし、かつ、Ｋ＝（３６＋２７３）［°／Ｋ］とおくと、感度ＴＣＩは、ＴＣＩ＝１２・（１．０－Ｖ）［％／°Ｋ］となる。例えば、Ｖ＝０．７［Ｖ］のときはＴＣＩ＝４［％／°Ｋ］となり、Ｖ＝０．６［Ｖ］のときはＴＣＩ＝５［％／°Ｋ］となる。
　上記のように、第１のトランジスタがバイポーラトランジスタである場合、遠赤外線撮像装置１００は、感度を、４［％／°Ｋ］程度とすることが可能である。
　ここで、例えば代表的なボロメータ材料であるＶＯ２の感度は約３［％／°Ｋ］であるので、遠赤外線撮像装置１００における感度は、ＶＯ２の感度よりも大きい。よって、図９に示す構成であっても、遠赤外線撮像装置１００は、遠赤外線の検出に係る感度の高感度化を図ることができる。
［３－２－３］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成の他の例
　なお、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の構成は、上記［３－２－１］に示す第１の例、および上記［３－２－２］に示す第２の例に限られない。
　例えば、上記［３－２－１］に示す第１の例では、第１のトランジスタがＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであり、第２のトランジスタがＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴである例を示したが、第１のトランジスタがＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴであり、第２のトランジスタがＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよい。
　また、上記［３－２－２］に示す第２の例では、第１のトランジスタがＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、第２のトランジスタがＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである例を示したが、第１のトランジスタがＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、第２のトランジスタがＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであってもよい。
　また、上述したように、第１のトランジスタと第２のトランジスタとして、ＪＦＥＴやＩＧＢＴなど、流れる電流が温度依存性を有する任意のトランジスタを用いることが可能である。
　さらに、例えば、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置では、基板材料として、Ｓｉ（シリコン）よりもバンドギャップの大きい半導体が用いられてもよい。基板材料にＳｉよりもバンドギャップの大きい半導体が用いられることによって、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、さらに、遠赤外線の検出に係る感度の高感度化を図ることができる。
［４］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置が用いられることにより奏される効果の一例
　本実施形態に係る遠赤外線撮像装置が用いられることによって、例えば下記に示す効果が奏される。なお、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置が用いられることにより奏される効果が、下記に示す例に限られないことは、言うまでもない。
　　・Ｓｉプロセスとの整合性が良いので、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置を、通常のＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）プロセスラインで製造することができる。
　　・本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、電流出力型であるので高感度である。例えば、有効画素およびＯＢ画素を構成するトランジスタをＭＯＳＦＥＴとし、サブＶｔｈ領域で動作させた場合、代表的なボロメータ材料であるＶＯ２の感度よりも、３倍程度感度を高くすることが可能である。
　　・本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、カレントミラーにより差分電流を得るので、各電圧や各電流の対称性がよく、ＤＣオフセット成分、画素を構成するトランジスタの温度特性、バラツキ成分、自己発熱成分をほぼ完全にキャンセルすることができる。
　　・各画素（有効画素、ＯＢ画素、ＴＢ画素）が１素子で構成されているので、本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、低電圧駆動であり、また、将来のプロセスの微細化により、さらなる感度の向上が見込める。
　　・本実施形態に係る遠赤外線撮像装置は、自己参照方式の積分回路を採用しているので、出力回路のＤＣオフセット成分をキャンセルすることができる。
［５］本実施形態に係る遠赤外線撮像装置の適用例
　以上、本実施形態として、遠赤外線撮像装置を挙げて説明したが、本実施形態は、かかる形態に限られない。本実施形態は、例えば、“自動車や、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボットなどの、任意の移動体において利用される赤外線センサ”、“工場や物流システムなどで利用される産業用赤外線センサ”、“ＩＴＳ（Intelligent　Transport　Systems）において利用される赤外線センサ”、“防犯用赤外線センサ”など、様々な赤外線センサに適用することができる。また、本実施形態は、例えば、赤外線センサを備える上記移動体など、遠赤外線の検出機能を有する任意の装置に適用することが可能である。
　以下、本実施形態に係る技術が移動体に適用される場合の一例を説明する。
　図１０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１１では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本実施形態に係る技術が移動体に適用される場合における車両制御システムの一例について説明した。本実施形態に係る技術は、例えば、上記車両制御システムにおける撮像部１２０３１に適用されうる。なお、上記車両制御システムにおいて本実施形態に係る技術が適用される構成要素が、撮像部１２０３１に限られないことは、言うまでもない。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　行列状に配置される複数の画素を備え、
　各行は、
　流れる電流が温度依存性を有し、第１の極性を有する第１のトランジスタを含み、遮光されない第１の画素と、
　前記第１のトランジスタを含み、遮光される、１つの第２の画素と、
　を含み、
　行単位で、前記第１の画素の電流と前記第２の画素の電流との差分電流を出力する、遠赤外線撮像装置。
（２）
　行列状に配置される複数の前記画素の１つの行には、基板から熱的に短絡し、前記第１のトランジスタと反対極性の第２の極性を有する第２のトランジスタを含む第３の画素が、列ごとに設けられ、
　前記第１の画素、前記第２の画素、および前記第３の画素は、カレントミラーを構成し、
　前記第２の画素の電流を前記カレントミラーで折り返して、前記差分電流を出力する、（１）に記載の遠赤外線撮像装置。
（３）
　前記差分電流に基づき出力電圧を得る出力回路をさらに備える、（１）または（２）に記載の遠赤外線撮像装置。
（４）
　前記出力回路は、前記差分電流を積分することにより前記出力電圧を得る、（３）に記載の遠赤外線撮像装置。
（５）
　前記出力回路は、前記差分電流を積分する積分回路を含む、（４）に記載の遠赤外線撮像装置。
（６）
　複数の前記画素を駆動させる駆動回路をさらに備え、
　前記出力回路と前記駆動回路とは、１つの集積回路に集積され、
　複数の前記画素と、前記集積回路とは、貫通電極を介して電気的に接続される、（３）～（５）のいずれか１つに記載の遠赤外線撮像装置。
（７）
　複数の前記画素は、前記集積回路上に積層されて形成される、（６）に記載の遠赤外線撮像装置。
（８）
　前記第１のトランジスタは、電界効果トランジスタ、または、バイポーラトランジスタである、（１）～（７）のいずれか１つに記載の遠赤外線撮像装置。
（９）
　前記第１のトランジスタは、単結晶シリコンで構成される、（１）～（８）のいずれか１つに記載の遠赤外線撮像装置。
（１０）
　前記第１のトランジスタは、中空構造である、（１）～（９）のいずれか１つに記載の遠赤外線撮像装置。
（１１）
　前記遠赤外線撮像装置は、非冷却型の遠赤外線撮像装置である、（１）～（１０）のいずれか１つに記載の遠赤外線撮像装置。
　１００　　遠赤外線撮像装置
　１０２　　画素回路
　１０４　　電流源
　１０６　　出力回路
　１１０　　有効画素部
　１１２　　ＯＢ画素部
　１１４　　ＴＢ画素部
　１１６、１１６Ａ、１１６Ｂ　　選択トランジスタ

Claims (11)

  1. 　行列状に配置される複数の画素を備え、
    　各行は、
    　流れる電流が温度依存性を有し、第１の極性を有する第１のトランジスタを含み、遮光されない第１の画素と、
    　前記第１のトランジスタを含み、遮光される、１つの第２の画素と、
    　を含み、
    　行単位で、前記第１の画素の電流と前記第２の画素の電流との差分電流を出力する、遠赤外線撮像装置。
  2. 　行列状に配置される複数の前記画素の１つの行には、基板から熱的に短絡し、前記第１のトランジスタと反対極性の第２の極性を有する第２のトランジスタを含む第３の画素が、列ごとに設けられ、
    　前記第１の画素、前記第２の画素、および前記第３の画素は、カレントミラーを構成し、
    　前記第２の画素の電流を前記カレントミラーで折り返して、前記差分電流を出力する、請求項１に記載の遠赤外線撮像装置。
  3. 　前記差分電流に基づき出力電圧を得る出力回路をさらに備える、請求項１に記載の遠赤外線撮像装置。
  4. 　前記出力回路は、前記差分電流を積分することにより前記出力電圧を得る、請求項３に記載の遠赤外線撮像装置。
  5. 　前記出力回路は、前記差分電流を積分する積分回路を含む、請求項４に記載の遠赤外線撮像装置。
  6. 　複数の前記画素を駆動させる駆動回路をさらに備え、
    　前記出力回路と前記駆動回路とは、１つの集積回路に集積され、
    　複数の前記画素と、前記集積回路とは、貫通電極を介して電気的に接続される、請求項３に記載の遠赤外線撮像装置。
  7. 　複数の前記画素は、前記集積回路上に積層されて形成される、請求項６に記載の遠赤外線撮像装置。
  8. 　前記第１のトランジスタは、電界効果トランジスタ、または、バイポーラトランジスタである、請求項１に記載の遠赤外線撮像装置。
  9. 　前記第１のトランジスタは、単結晶シリコンで構成される、請求項１に記載の遠赤外線撮像装置。
  10. 　前記第１のトランジスタは、中空構造である、請求項１に記載の遠赤外線撮像装置。
  11. 　前記遠赤外線撮像装置は、非冷却型の遠赤外線撮像装置である、請求項１に記載の遠赤外線撮像装置。
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