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JP4367289B2 - Infrared imaging device - Google Patents
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JP4367289B2 - Infrared imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、熱型赤外線検出素子を用いて所望の画像を撮像する赤外線撮像装置に関し、特に、走査切り換え時に生じるスイッチングノイズを低減し鮮明な画像を得ることができる赤外線撮像装置に関する。   The present invention relates to an infrared imaging apparatus that captures a desired image using a thermal infrared detection element, and more particularly, to an infrared imaging apparatus that can reduce a switching noise generated at the time of scanning switching and obtain a clear image.

赤外線撮像装置等に用いられる赤外線センサの一例として、熱型赤外線センサが知られている。熱型赤外線センサは、赤外線の持つ熱効果により素子の温度が上昇し、これにより素子の電気的性質が変化することを利用したセンサであり、素子を極低温に冷却する必要がなく常温で使用できるため、使い易く、広く使用されている。熱型赤外線センサは、通常、赤外線により温度上昇される検出素子、リファレンス用の基準素子、オフセット調整回路等を有し、後段にさらに増幅器を配して検出出力を増幅する構成となっている場合が多い。   A thermal infrared sensor is known as an example of an infrared sensor used in an infrared imaging device or the like. The thermal infrared sensor is a sensor that utilizes the fact that the temperature of the element rises due to the thermal effect of infrared rays, which changes the electrical properties of the element, and it is not necessary to cool the element to a cryogenic temperature and can be used at room temperature Because it can, it is easy to use and widely used. A thermal infrared sensor usually has a detection element whose temperature is increased by infrared rays, a reference element for reference, an offset adjustment circuit, etc., and a configuration in which an amplifier is further arranged in the subsequent stage to amplify the detection output. There are many.

そのような熱型赤外線センサは、周囲温度などの影響を受け易く測定中に温度変化などの環境変化が起こった時にはオフセットや感度が変化するため、オフセットや感度むらを随時補正することが望ましい。
そこで、そのような熱型赤外線センサを用いた従来の赤外線撮像装置においては、例えば、基準素子の出力を1サイクルごとに測定することにより、動作時に温度変化などの環境変化が起こっても増幅器のオフセットを直ちに補正するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
特許3339291号公報
Such a thermal infrared sensor is easily affected by ambient temperature and the like, and offset and sensitivity change when an environmental change such as a temperature change occurs during measurement. Therefore, it is desirable to correct offset and sensitivity unevenness as needed.
Therefore, in a conventional infrared imaging apparatus using such a thermal infrared sensor, for example, by measuring the output of the reference element every cycle, even if an environmental change such as a temperature change occurs during operation, the amplifier The offset is corrected immediately (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3339291

しかしながら、このような赤外線撮像装置において、サーモパイル(熱電対)等の高出力インピーダンスを持つ検出素子を用いる場合、走査時にその出力信号にスイッチングノイズが重畳する場合がある。そのような場合、検出素子の出力信号を精度良く取り出せなくなり、検出素子と同様の電気特性を有する基準素子の出力信号も正確に測定することが困難となる。そしてその結果、オフセット補正に誤差を生じてしまうという問題があった。   However, in such an infrared imaging device, when a detection element having a high output impedance such as a thermopile (thermocouple) is used, switching noise may be superimposed on the output signal during scanning. In such a case, the output signal of the detection element cannot be accurately extracted, and it is difficult to accurately measure the output signal of the reference element having the same electrical characteristics as the detection element. As a result, there is a problem that an error occurs in the offset correction.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、走査時に発生するスイッチングノイズを低減し高精度な基準素子の増幅出力信号が得ることで、赤外線撮像装置の動作時に温度変化が起こっても精度良く増幅器のオフセット補正することができ、これにより高精度に所望の画像を撮像することのできる赤外線撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to reduce switching noise generated at the time of scanning and to obtain an amplified output signal of a high-accuracy reference element. It is an object of the present invention to provide an infrared imaging device capable of accurately correcting an offset of an amplifier even when a temperature change occurs, and thereby capturing a desired image with high accuracy.

前記課題を解決するために、本発明に係る赤外線撮像装置は、第1方向および第2方向に2次元に配列し、所定の電気特性と感度を有する検出素子と、前記検出素子と近接して前記第1方向にライン状に配列し、前記検出素子と同様の電気特性を有するが感度を異ならせて赤外線が入射しても信号値が変化しない第1基準素子とからなる赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子と近接して前記第1方向にライン状に配列し、前記検出素子と同様の電気特性を有するが感度を異ならせて赤外線が入射しても信号値が変化しない第2基準素子と、
前記赤外線撮像素子を前記第1方向および前記第2方向に順次走査し、前記検出素子および前記第1基準素子の走査読み出しを行なう第1走査手段と、
前記走査手段の前記第1方向の走査読み出しに同期して前記第2基準素子の走査読み出しを行なう第2走査手段と、
前記第1走査手段の前記第1方向の走査読み出しの出力と前記第2走査手段による走査読み出しの出力との差を検出し、当該差を増幅して出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路において検出される前記第1基準素子の出力と前記第2基準素子の出力との差に基づいて、前記差動増幅回路のオフセットを設定するオフセット設定手段と
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
In order to solve the above-described problems, an infrared imaging device according to the present invention is two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction, and has a detection element having predetermined electrical characteristics and sensitivity, and a proximity to the detection element. An infrared imaging element that is arranged in a line in the first direction and has the same electrical characteristics as the detection element, but includes a first reference element that has a different sensitivity and does not change a signal value even when infrared rays are incident thereon;
A second reference element that is arranged in a line in the first direction in the vicinity of the infrared imaging element, has the same electrical characteristics as the detection element, but does not change the signal value even when infrared rays are incident with different sensitivity. When,
First scanning means for sequentially scanning the infrared imaging element in the first direction and the second direction, and scanning and reading the detection element and the first reference element;
Second scanning means for scanning and reading the second reference element in synchronization with scanning reading in the first direction of the scanning means;
A differential amplifier circuit for detecting a difference between an output of the scanning readout in the first direction of the first scanning unit and an output of the scanning readout by the second scanning unit, amplifying the difference, and outputting the difference;
Offset setting means for setting an offset of the differential amplifier circuit based on a difference between the output of the first reference element and the output of the second reference element detected in the differential amplifier circuit. An infrared imaging device.

このような構成の赤外線撮像装置においては、赤外線撮像素子の各画素に配置される検出素子に対して、その検出素子と電気特性が同じ基準素子を、赤外線撮像素子の内部(第1基準素子)および外部(第2基準素子)に配置し、赤外線撮像素子の各素子(検出素子および第1基準素子)を走査選択してその出力信号を順次出力する第1走査手段と、第2基準素子の各基準素子を走査選択してその出力信号を順次出力する第2走査手段とが同期して動作するようにしている。そして、差動増幅回路において、それら第1および第2の走査手段により同期して読み出しされた各出力信号の差を検出し、これに基づいて各画素の撮像信号を得るとともに、差動増幅回路のオフセットの補正値を検出している。したがって、各出力信号にスイッチングノイズが重畳したとしても、そのノイズの波形は同じものとなり、差動増幅器において差分が検出されることにより、そのノイズはキャンセルされる。したがって、適切なオフセット補正値を検出することができ、オフセットを適切にキャンセルすることができる。また、オフセットを適切にキャンセルすることにより、高精度な撮像信号を得ることができる。   In the infrared imaging device having such a configuration, a reference element having the same electrical characteristics as that of the detection element disposed in each pixel of the infrared imaging element is provided inside the infrared imaging element (first reference element). And a first scanning means disposed outside (second reference element), scanning and selecting each element (detection element and first reference element) of the infrared imaging element, and sequentially outputting an output signal thereof; The second scanning means for scanning and selecting each reference element and sequentially outputting the output signals is operated in synchronism. In the differential amplifier circuit, a difference between the output signals read out synchronously by the first and second scanning means is detected, and an imaging signal of each pixel is obtained based on the difference, and the differential amplifier circuit The offset correction value is detected. Therefore, even if switching noise is superimposed on each output signal, the waveform of the noise is the same, and the noise is canceled by detecting the difference in the differential amplifier. Therefore, an appropriate offset correction value can be detected, and the offset can be canceled appropriately. In addition, a highly accurate imaging signal can be obtained by appropriately canceling the offset.

好適には、前記第1走査手段は、前記赤外線撮像素子を前記第2方向に走査し、前記第1方向の列ごとに前記検出素子又は前記第1基準素子を走査読み出しする第2方向走査手段と、前記第2方向走査手段により走査読み出しされる前記第1方向の列ごとの前記検出素子又は前記第1の基準素子を前記第1方向に走査し、当該第1方向の列ごとに前記検出素子又は前記第1基準素子を走査読み出しする第1方向走査手段とを有し、前記第2走査手段は、前記第1方向走査手段の前記走査読み出しに同期して前記第2基準素子の走査読み出しを行なう。   Preferably, the first scanning unit scans the infrared imaging element in the second direction, and scans and reads the detection element or the first reference element for each column in the first direction. And the detection element or the first reference element for each column in the first direction scanned and read by the second direction scanning unit is scanned in the first direction, and the detection is performed for each column in the first direction. A first direction scanning unit that scans and reads an element or the first reference element, and the second scanning unit scans and reads the second reference element in synchronization with the scan reading of the first direction scanning unit. To do.

また好適には、前記第1方向走査手段および前記第2走査手段は、前記第2方向走査手段での走査読み出しが切り替わるのと同時に、前記第1方向の走査読み出しとなる素子の信号を出力しない。   Preferably, the first direction scanning unit and the second scanning unit do not output a signal of an element that performs scanning reading in the first direction at the same time when scanning reading in the second direction scanning unit is switched. .

また、本発明に係る他の赤外線撮像素子は、第1方向および第2方向に2次元に配列し、所定の電気特性と感度を有する検出素子を有する赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子と近接して前記第1方向にライン状に配列し、前記検出素子と同様の電気特性を有するが感度を異ならせて赤外線が入射しても信号値が変化しない基準素子と、前記赤外線撮像素子を前記第1方向および前記第2方向に順次走査し、前記検出素子の走査読み出しを行なう第1走査手段と、前記走査手段の前記第1方向の走査読み出しに同期して前記基準素子の走査読み出しを行なう第2走査手段と、前記第1走査手段により読み出しされる前記検出素子の出力および前記第2走査手段により読み出しされる前記基準素子の出力の差を検出し、前記検出された差に基づく信号を撮像信号として出力する出力回路とを有する。   In addition, another infrared imaging device according to the present invention is two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction, and includes an infrared imaging device having detection elements having predetermined electrical characteristics and sensitivity, and proximity to the infrared imaging device. A reference element that is arranged in a line in the first direction and has the same electrical characteristics as the detection element, but has a different sensitivity and the signal value does not change even when infrared rays are incident thereon, and the infrared imaging element. First scanning means that sequentially scans in the first direction and the second direction to scan and read the detection element; and scanning and reading of the reference element in synchronization with the scanning reading in the first direction of the scanning means A difference between the second scanning means and the output of the detection element read by the first scanning means and the output of the reference element read by the second scanning means is detected, and based on the detected difference. And an output circuit which outputs as an imaging signal Ku signal.

本発明によれば、走査時に発生するスイッチングノイズを低減し高精度な基準素子の増幅出力信号が得ることで、赤外線撮像装置の動作時に温度変化が起こっても精度良く増幅器のオフセット補正することができ、これにより高精度に所望の画像を撮像することのできる赤外線撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, the offset noise of the amplifier can be accurately corrected even if a temperature change occurs during operation of the infrared imaging device by reducing switching noise generated during scanning and obtaining a highly accurate amplified output signal of the reference element. Thus, it is possible to provide an infrared imaging device capable of capturing a desired image with high accuracy.

本発明の実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
まず最初に、本発明の赤外線撮像装置に関わる通常の構成の赤外線撮像装置について図1〜図3を参照して説明する。
図1は、その赤外線撮像装置100の構成を示す回路図である。
赤外線撮像装置100は、図1に示すように、赤外線撮像素子部1、カウンタ2、垂直方向デコーダ3、水平方向デコーダ4、水平方向スキャナ5、処理部6および差動増幅器9を有する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, an infrared imaging apparatus having a normal configuration related to the infrared imaging apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of the infrared imaging device 100.
As shown in FIG. 1, the infrared imaging device 100 includes an infrared imaging device unit 1, a counter 2, a vertical direction decoder 3, a horizontal direction decoder 4, a horizontal direction scanner 5, a processing unit 6, and a differential amplifier 9.

赤外線撮像素子部1は、図示のごとく、n個×n個の検出素子が画素11〜nnの各々に対応して2次元に配列して構成される。また、この2次元に配列された各画素の検出素子に近接した位置に、基準の出力信号を出力する基準素子が設けられた1つの画素slが配置されている。
これら検出素子および基準素子の具体的な構造については、図5および図6を参照して後に詳細に説明するが、検出素子として例えば後述するようなサーモバイル(熱電対)を仮定すると、その等価回路は、図1に示すように抵抗と電圧源の直列回路として表すことができる。またその場合、基準素子の等価回路は、図1に示すように抵抗として表すことができる。
As shown in the figure, the infrared imaging element unit 1 is configured by two-dimensionally arranging n × n detection elements corresponding to the pixels 11 to nn. In addition, one pixel sl provided with a reference element for outputting a reference output signal is disposed at a position close to the detection element of each pixel arranged in two dimensions.
The specific structures of the detection element and the reference element will be described in detail later with reference to FIGS. 5 and 6. However, assuming that a detection element such as a thermocouple (thermocouple) as will be described later is assumed, its equivalent is assumed. The circuit can be represented as a series circuit of a resistor and a voltage source as shown in FIG. In this case, the equivalent circuit of the reference element can be expressed as a resistor as shown in FIG.

赤外線撮像素子部1においては、垂直方向スキャナの役目をするN型MOSFETスイッチM11〜Mnnが、各検出素子(検出素子211(図5参照))のプラス端子(114)に接続されている。また同様に、水平方向スキャナ5には、N型MOSFETスイッチM1〜Mnが検出素子列ごとに接続されている。なお、全検出素子(211)のマイナス端子(115)には、基準電圧Vref1が入力される。
基準画素slに配置される基準素子(基準素子212(図6参照))においては、垂直方向スキャナの役目をするN型MOSFETスイッチMslyが基準素子(212)のプラス端子(114)に接続され、その先に水平方向スキャナ5のN型MOSFETスイッチMslxが接続されている。この基準素子(212)のマイナス端子(115)にも、基準電圧Vref1が入力される。
In the infrared imaging element unit 1, N-type MOSFET switches M11 to Mnn serving as a vertical scanner are connected to the plus terminals (114) of the respective detection elements (detection elements 211 (see FIG. 5)). Similarly, N-type MOSFET switches M1 to Mn are connected to the horizontal scanner 5 for each detection element array. The reference voltage Vref1 is input to the minus terminals (115) of all the detection elements (211).
In the reference element (reference element 212 (see FIG. 6)) arranged in the reference pixel sl, an N-type MOSFET switch Msly serving as a vertical scanner is connected to the plus terminal (114) of the reference element (212). The N-type MOSFET switch Mslx of the horizontal scanner 5 is connected to the end. The reference voltage Vref1 is also input to the minus terminal (115) of the reference element (212).

このような構成の赤外線撮像装置100の動作について図2を参照して説明する。
図2は、図1に示した垂直方向デコーダ3、水平方向デコーダ4および水平方向スキャナ5の各出力信号の波形を示すタイムチャートである。
まず、カウンタ2で、入力される基準クロックCLKに基づき、赤外線撮像素子部1の画素数分(検出素子n×n個+基準素子1個)のアドレスが生成され、垂直方向デコーダ3および水平方向デコーダ4に出力される。
The operation of the infrared imaging apparatus 100 having such a configuration will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a time chart showing waveforms of output signals of the vertical decoder 3, the horizontal decoder 4, and the horizontal scanner 5 shown in FIG.
First, the counter 2 generates addresses for the number of pixels of the infrared imaging element unit 1 (detection element n × n + one reference element) based on the input reference clock CLK, and the vertical decoder 3 and the horizontal direction It is output to the decoder 4.

垂直方向デコーダ3および水平方向デコーダ4では、カウンタ2より生成されたアドレスをデコードして、各行ごとの垂直方向選択信号Y1〜YnおよびYsl、および各列ごとの水平方向選択信号X1〜XnおよびXslを生成する。生成された垂直方向選択信号Y1〜YnおよびYslは、赤外線撮像素子部1および基準画素slに対する垂直方向スキャナのN型MOSFETスイッチM11〜MnnおよびMslyのゲート端子に各々印加される。また、生成された水平方向選択信号X1〜XnおよびXslは、水平方向スキャナ5のN型MOSFETスイッチM1〜MnおよびMslxのゲート端子に各々印加される。
なお、ここでは、図2に示すタイムチャートのように、垂直方向選択信号Y1〜YnおよびYsl、および水平方向選択信号X1〜XnおよびXslが各々H(ハイ)レベルになると、接続されている各N型MOSFETスイッチはオンする。
In the vertical direction decoder 3 and the horizontal direction decoder 4, the address generated by the counter 2 is decoded, and the vertical direction selection signals Y1 to Yn and Ysl for each row and the horizontal direction selection signals X1 to Xn and Xsl for each column. Is generated. The generated vertical direction selection signals Y1 to Yn and Ysl are respectively applied to the gate terminals of the N-type MOSFET switches M11 to Mnn and Msly of the vertical scanner for the infrared imaging element unit 1 and the reference pixel sl. The generated horizontal direction selection signals X1 to Xn and Xsl are applied to the gate terminals of the N-type MOSFET switches M1 to Mn and Mslx of the horizontal scanner 5, respectively.
Here, as shown in the time chart of FIG. 2, when the vertical direction selection signals Y1 to Yn and Ysl and the horizontal direction selection signals X1 to Xn and Xsl are respectively set to the H (high) level, each connected signal is connected. The N-type MOSFET switch is turned on.

具体的に動作を説明すると、まず、垂直方向選択信号Y1がHレベルになると、N型MOSFETスイッチM11〜M1nがオンし、画素11〜1nの出力信号V1〜Vnが水平方向スキャナ5に送られる。同時に水平方向選択信号X1がHレベルになって、N型MOSFETスイッチM1がオンし、水平方向スキャナ5の出力信号Vdtとしては、画素11の出力信号が出力される。その後、順次水平方向選択信号X2〜XnがHレベルとなり、出力信号Vdtとしては、画素11の出力信号に続いて画素12〜1nの出力信号が順次出力される。   Specifically, when the vertical direction selection signal Y1 becomes H level, the N-type MOSFET switches M11 to M1n are turned on, and the output signals V1 to Vn of the pixels 11 to 1n are sent to the horizontal scanner 5. . At the same time, the horizontal direction selection signal X1 becomes H level, the N-type MOSFET switch M1 is turned on, and the output signal of the pixel 11 is output as the output signal Vdt of the horizontal scanner 5. Thereafter, the horizontal direction selection signals X2 to Xn sequentially become H level, and as the output signal Vdt, the output signals of the pixels 12 to 1n are sequentially output following the output signal of the pixel 11.

次に、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなり、これに合わせて前述したのと同様に水平方向選択信号X1〜Xnが順次Hレベルとなり、出力信号Vdtとしては画素21〜2nの出力信号が順次選択される。
このような動作の繰り返しにより、出力信号Vdtとしては、画素11〜1n、画素21〜2n・・・画素n1〜nnの順に、各画素の出力信号が出力される。
最後に垂直方向選択信号Yslと水平方向選択信号Xslが同時にHレベルとなり、出力信号Vdtとしては、基準画素slの出力信号が選択される。
そして、再び画素11からの走査が繰り返される。
Next, the vertical direction selection signal Y2 becomes H level, and in accordance with this, the horizontal direction selection signals X1 to Xn sequentially become H level, and the output signals of the pixels 21 to 2n are sequentially outputted as the output signal Vdt. Selected.
By repeating such an operation, as the output signal Vdt, the output signals of the pixels are output in the order of the pixels 11 to 1n, the pixels 21 to 2n, and the pixels n1 to nn.
Finally, the vertical direction selection signal Ysl and the horizontal direction selection signal Xsl simultaneously become H level, and the output signal of the reference pixel sl is selected as the output signal Vdt.
Then, the scanning from the pixel 11 is repeated again.

水平方向スキャナ5から出力される信号Vdtは、差動増幅器9において一定の基準電圧であるVref1との間の差が求められる。求められた差分値は、処理部8から入力されるオフセット補正値によりオフセットが補正されて増幅され、撮像結果の出力信号として処理部8のADコンバータ(ADC)8bに出力される。
処理部8では、差動増幅器9からADC8bに入力される信号から、赤外線画像化や差動増幅器9のオフセットを除去するために必要なオフセット補正値の算出を行なう。算出したオフセット補正値は、DAコンバータ(DAC)8aより差動増幅器9に出力され(Vref2)、差動増幅器9のオフセットの除去に供される。
The difference between the signal Vdt output from the horizontal scanner 5 and Vref1, which is a constant reference voltage, is obtained in the differential amplifier 9. The obtained difference value is amplified after the offset is corrected by the offset correction value input from the processing unit 8, and is output to the AD converter (ADC) 8b of the processing unit 8 as an output signal of the imaging result.
The processing unit 8 calculates an offset correction value necessary for infrared imaging and removing the offset of the differential amplifier 9 from the signal input from the differential amplifier 9 to the ADC 8b. The calculated offset correction value is output from the DA converter (DAC) 8a to the differential amplifier 9 (Vref2) and is used for removing the offset of the differential amplifier 9.

このような構成の赤外線撮像装置において、垂直方向選択信号Y1〜YnおよびYslと水平方向選択信号X1〜XnおよびXslの立ち上がりと立ち下がり時の動作について、図3を参照して説明する。
図3は、水平方向選択信号X2の立下り時および水平方向選択信号X3の立ち上がり時の動作を説明するための図である。
図3に示すように、垂直方向選択信号Y2がHレベルで垂直方向2行目の画素が選択されており、また、水平方向選択信号X2が立ち上がっている状態だと仮定する。その状況において、図3に示すように水平方向選択信号X2が立ち下がり、それと同時に水平方向選択信号X3が立ち上がると、水平方向2列目のN型MOSFETスイッチM2がオフとなり、同時に3列目のN型MOSFETスイッチM3がオンになる。
In the infrared imaging device having such a configuration, operations at the time of rising and falling of the vertical direction selection signals Y1 to Yn and Ysl and the horizontal direction selection signals X1 to Xn and Xsl will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation when the horizontal direction selection signal X2 falls and when the horizontal direction selection signal X3 rises.
As shown in FIG. 3, it is assumed that the vertical direction selection signal Y2 is at the H level, the pixel in the second row in the vertical direction is selected, and the horizontal direction selection signal X2 is rising. In this situation, as shown in FIG. 3, when the horizontal direction selection signal X2 falls and at the same time the horizontal direction selection signal X3 rises, the N-type MOSFET switch M2 in the second row in the horizontal direction is turned off, and at the same time in the third row. The N-type MOSFET switch M3 is turned on.

この時、水平方向選択信号X3の立ち上がりのステップ状変化が、3列目のN型MOSFETスイッチM3のゲート−ドレイン間容量Cgd3およびゲート−ソース間容量Cgs3を介して、立ち上がり方向スイッチングノイズとして出力信号Vdtに重畳される。
これに加えて、水平方向選択信号X2の立ち下がりのステップ状変化が、2列目のN型MOSFETスイッチM2のゲート−ソース間容量Cgs2を介して、立ち下がり方向スイッチングノイズとしてVdt出力に重畳される。
ゲート−ドレイン間容量Cgd2を介したスイッチングノイズが重畳されないのは、2列目のN型MOSFETスイッチM2がオフしているので、ドレイン−ソース間がオープン(非導通)となったためである。
At this time, the step change of the rising edge of the horizontal direction selection signal X3 is output as rising direction switching noise via the gate-drain capacitance Cgd3 and the gate-source capacitance Cgs3 of the N-type MOSFET switch M3 in the third column. Superposed on Vdt.
In addition, the step change of the falling edge of the horizontal direction selection signal X2 is superimposed on the Vdt output as falling edge switching noise via the gate-source capacitance Cgs2 of the N-type MOSFET switch M2 in the second column. The
The reason why the switching noise via the gate-drain capacitance Cgd2 is not superimposed is that the drain-source is open (non-conductive) because the N-type MOSFET switch M2 in the second column is off.

この結果、出力信号Vdtに重畳されるスイッチングノイズは、図3に示すように、立ち上がり方向スイッチングノイズとしては、容量Cgd3,Cgs3を介したものが、立ち下がり方向スイッチングノイズとしては、容量Cgs2を介したものが、それぞれ重畳される。
これら2個のMOSFETは何れも同一導電型(N型)で、トランジスタサイズは、N型MOSFETスイッチM2とM3は同等のものである。さらに、一般的にはMOSFETのゲート−ドレイン間容量とゲート−ソース間容量が等しいので、2個のMOSFETのゲート−ドレイン間容量,ゲート−ソース間容量の関係は、次式(1)のようになり、Cgd3分の立ち上がりノイズが出力信号Vdtに重畳される。
As a result, the switching noise superimposed on the output signal Vdt is, as shown in FIG. 3, the rising direction switching noise via the capacitors Cgd3 and Cgs3, and the falling direction switching noise via the capacitor Cgs2. Are superimposed on each other.
These two MOSFETs are both of the same conductivity type (N type), and the transistor sizes of the N type MOSFET switches M2 and M3 are equivalent. Furthermore, since the gate-drain capacitance and the gate-source capacitance of the MOSFET are generally equal, the relationship between the gate-drain capacitance and the gate-source capacitance of the two MOSFETs is expressed by the following equation (1). The rising noise for Cgd3 is superimposed on the output signal Vdt.

数1
Cgd3+Cgs3−Cgs2 = Cgd3 …(1)
但し、Cgs3=Cgs2、
立ち上がりを'+'、立下りを'−'、
とする。
Number 1
Cgd3 + Cgs3-Cgs2 = Cgd3 (1)
However, Cgs3 = Cgs2,
"+" For rising, "-" for falling,
And

その結果、差動増幅器9には、図3に示すように、立ち上がりノイズの重畳した信号Vdtと、レベル一定の基準信号であるVref1が入力されることとなり、差動増幅器9の出力信号Voutは、信号Vdtの立ち上がりスイッチングノイズを重畳した信号となる。
処理部8は、基準素子slが走査されてその出力信号Vslが差動増幅器9に入力された時の、差動増幅器9から処理部8に入力される信号Voutに基づいてオフセット補正値を算出している。そのため、この基準素子slからの出力信号Vslに基づいて差動増幅器に入力される信号Vdtにスイッチングノイズが重畳している場合には、処理部8に入力される信号Voutにもスイッチングノイズが重畳しており、正確な基準素子(基準画素sl)の増幅出力信号を得ることができず、正確なオフセット補正値を算出することができないこととなる。
図1に示したような通常の構成の赤外線撮像装置100には、このような不利益が発生する可能性がある。
As a result, as shown in FIG. 3, the differential amplifier 9 receives the signal Vdt on which the rising noise is superimposed and the reference signal Vref1, which is a constant level, and the output signal Vout of the differential amplifier 9 is , The signal Vdt is a signal on which rising switching noise is superimposed.
The processing unit 8 calculates an offset correction value based on the signal Vout input from the differential amplifier 9 to the processing unit 8 when the reference element sl is scanned and the output signal Vsl is input to the differential amplifier 9. is doing. Therefore, when switching noise is superimposed on the signal Vdt input to the differential amplifier based on the output signal Vsl from the reference element sl, the switching noise is also superimposed on the signal Vout input to the processing unit 8. Thus, an accurate amplified output signal of the reference element (reference pixel sl) cannot be obtained, and an accurate offset correction value cannot be calculated.
Such a disadvantage may occur in the infrared imaging apparatus 100 having a normal configuration as shown in FIG.

そこで次に、このような問題を解決した本発明に係る赤外線撮像装置について、図4〜図7を参照して説明する。
図4は、その本発明に係る赤外線撮像装置の構成を示す回路図である。
図4に示すように、赤外線撮像装置101は、赤外線撮像素子部1、カウンタ2、垂直方向デコーダ3、水平方向デコーダ4、水平方向スキャナ5、第2の基準画素アレイ6、第2の基準素子アレイスキャナ7、処理部8および差動増幅器9を有する。
Next, an infrared imaging apparatus according to the present invention that solves such a problem will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the infrared imaging apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 4, the infrared imaging device 101 includes an infrared imaging element unit 1, a counter 2, a vertical direction decoder 3, a horizontal direction decoder 4, a horizontal direction scanner 5, a second reference pixel array 6, and a second reference element. An array scanner 7, a processing unit 8, and a differential amplifier 9 are provided.

ここではまず、赤外線撮像装置101および第2の基準画素アレイ6において用いる検出素子および基準素子の構造について説明する。
図5は、その赤外線撮像装置101で用いる検出素子211の構造を示す図であり、(A)は1つの検出素子211の平面図であり、(B)は(A)のA−Aにおける断面図である。
Here, first, the structure of the detection element and the reference element used in the infrared imaging device 101 and the second reference pixel array 6 will be described.
5A and 5B are diagrams showing the structure of the detection element 211 used in the infrared imaging apparatus 101, FIG. 5A is a plan view of one detection element 211, and FIG. 5B is a cross section taken along the line AA in FIG. FIG.

検出素子211において、基板116は(100)面を表面とする基板であり、この表面上にSiNの薄膜層118が形成されている。薄膜層118上には、ポリシリコンなどにより形成されP型にドープされたP型サーモパイル110と、N型にドープされたN型サーモパイル111が交互かつ直列に接続されて配置されている。また、この薄膜層118には、サーモパイル列間のスペースに、異方性エッチングで基板116の一部を除去して熱分離を良くするためのエッチング孔119が形成されている。   In the detection element 211, the substrate 116 is a substrate having a (100) plane as a surface, and a SiN thin film layer 118 is formed on the surface. On the thin film layer 118, a P-type thermopile 110 made of polysilicon or the like and doped in P-type and an N-type thermopile 111 doped in N-type are alternately and connected in series. The thin film layer 118 is formed with etching holes 119 in the space between the thermopile rows for removing a part of the substrate 116 by anisotropic etching to improve thermal separation.

P型サーモパイル110とN型サーモパイル111の接続にはAl電極が使用され、中心部が温接点113、周辺部が冷接点112となっている。温接点113を囲む領域は、エッチング孔119から異方性エッチングにより(111)面121を側面とする4角錐状に基板116の一部が除去され、熱分離構造に形成されている。また、層間絶縁膜120を介して温接点113の上部にAu黒膜等による赤外線吸収膜117が設けられている。   An Al electrode is used to connect the P-type thermopile 110 and the N-type thermopile 111, and the center portion is a hot junction 113 and the peripheral portion is a cold junction 112. In the region surrounding the hot junction 113, a part of the substrate 116 is removed from the etching hole 119 in a quadrangular pyramid shape having the (111) plane 121 as a side surface by anisotropic etching, and is formed into a thermal separation structure. Further, an infrared absorption film 117 made of an Au black film or the like is provided on the hot contact 113 via the interlayer insulating film 120.

このような検出素子12において赤外線吸収膜117に赤外線が入射すると、その強度に応じて温接点113と冷接点112との間に温度差が生じ、結果的に、その温度差に応じた起電力がプラス端子114とマイナス端子115の間に発生する。これにより、照射される赤外線量に応じた信号が検出される。   When infrared rays are incident on the infrared absorption film 117 in such a detection element 12, a temperature difference is generated between the hot junction 113 and the cold junction 112 according to the intensity, and as a result, an electromotive force corresponding to the temperature difference is generated. Is generated between the positive terminal 114 and the negative terminal 115. Thereby, the signal according to the amount of infrared rays irradiated is detected.

図6は、図4に示した本実施形態に係る赤外線撮像装置101で用いる基準素子212の構造を示す図であり、(A)は1つの基準素子212の平面図であり、(B)は(A)のA−Aにおける断面図である。
基準素子212も、前述した検出素子211と同様に、P型サーモパイル110、N型サーモパイル111、冷接点112および温接点113を有し、これらが検出素子211と同様に配置され、接続されて構成されている。
6A and 6B are diagrams showing the structure of the reference element 212 used in the infrared imaging apparatus 101 according to the present embodiment shown in FIG. 4, FIG. 6A is a plan view of one reference element 212, and FIG. It is sectional drawing in AA of (A).
The reference element 212 also has a P-type thermopile 110, an N-type thermopile 111, a cold junction 112, and a hot junction 113, similar to the detection element 211 described above, and these are arranged and connected in the same manner as the detection element 211. Has been.

しかし、基準素子212の薄膜層118には、検出素子211のサーモパイル列間のスペースに形成されていたようなエッチング孔119がなく、また、そのエッチング孔119により異方性エッチングされて基板116の一部に形成されていた4角錐状の除去空孔もない。これにより、基準素子212は、温接点113と基板116との熱分離が行なわれない構造となっている。この結果、基準素子212おいては、温接点113と冷接点112とに温度差が生じないことになり、赤外線が入射してもプラス端子114とマイナス端子115の間に起電力が発生しなくなる。
このように、基準素子212は、検出素子211と同様の電気特性を有するが、赤外線が入射してもその強度に応じた信号を出力しない素子として構成される。
However, the thin film layer 118 of the reference element 212 does not have an etching hole 119 that is formed in the space between the thermopile rows of the detection element 211, and is anisotropically etched by the etching hole 119 to form the substrate 116. There is no quadrangular pyramid shaped removal hole formed in part. As a result, the reference element 212 has a structure in which the hot junction 113 and the substrate 116 are not thermally separated. As a result, in the reference element 212, there is no temperature difference between the hot junction 113 and the cold junction 112, and no electromotive force is generated between the plus terminal 114 and the minus terminal 115 even when infrared rays are incident. .
As described above, the reference element 212 has the same electrical characteristics as the detection element 211, but is configured as an element that does not output a signal corresponding to its intensity even when infrared rays are incident.

図4に戻り、赤外線撮像装置101の赤外線撮像素子部1は、n×nの画素(画素11〜nn)に対応して、前述した検出素子211又は基準素子212が2次元に配列して構成される。画素11〜(n−1)nには検出素子211が配置されて検出画素部を構成しており、また、画素n1〜nn、すなわちn×nの画素の内の垂直方向最後のラインだけは、基準素子212がライン状に配置され、これが後述する第1の基準画素アレイ10を構成している。
また、赤外線撮像装置101においては、赤外線撮像素子部1に近接するように、ライン状に基準素子212を配列して、第2の基準画素アレイ6が構成されている。
Returning to FIG. 4, the infrared imaging element unit 1 of the infrared imaging device 101 is configured by two-dimensionally arranging the detection elements 211 or the reference elements 212 described above corresponding to n × n pixels (pixels 11 to nn). Is done. The detection elements 211 are arranged in the pixels 11 to (n−1) n to form a detection pixel unit, and only the last line in the vertical direction among the pixels n1 to nn, that is, n × n pixels, is included. The reference elements 212 are arranged in a line, which constitutes a first reference pixel array 10 described later.
In the infrared imaging device 101, the second reference pixel array 6 is configured by arranging reference elements 212 in a line so as to be close to the infrared imaging element unit 1.

前述した赤外線撮像装置100と同様に、検出素子211としてサーモパイル(熱電対)を仮定すると、その等価回路は、図4に示すように抵抗と電圧源の直列回路として表すことができる。またその場合、基準素子212の等価回路は、図4に示すように抵抗として表すことができる。   As in the infrared imaging apparatus 100 described above, assuming a thermopile (thermocouple) as the detection element 211, the equivalent circuit can be represented as a series circuit of a resistor and a voltage source as shown in FIG. In that case, the equivalent circuit of the reference element 212 can be expressed as a resistor as shown in FIG.

赤外線撮像素子部1においては、垂直方向スキャナの役目をするN型MOSFETスイッチM11〜Mnnが、検出素子211および基準素子212の各プラス端子114に接続されている。また同様に、水平方向スキャナ5には、N型MOSFETスイッチM1〜Mnが素子列ごとに接続されている。
なお、赤外線撮像素子部1の全検出素子211および基準素子212のマイナス端子115には、基準電圧Vref1が入力される。
In the infrared imaging element unit 1, N-type MOSFET switches M <b> 11 to Mnn that function as a vertical scanner are connected to the plus terminals 114 of the detection element 211 and the reference element 212. Similarly, N-type MOSFET switches M1 to Mn are connected to the horizontal scanner 5 for each element array.
The reference voltage Vref1 is input to all the detection elements 211 of the infrared imaging element unit 1 and the minus terminal 115 of the reference element 212.

また、第2の基準画素アレイ6においては、水平方向デコーダ4から出力される水平方向選択信号X1〜Xnが、第2の基準素子アレイスキャナ7のN型MOSFETスイッチB1〜Bnのゲート端子に各々印加される。その結果、第2の基準素子アレイスキャナ7の出力信号Vstは、水平方向スキャナ5の出力信号Vdtと水平方向に同期して出力される。   In the second reference pixel array 6, horizontal direction selection signals X 1 to Xn output from the horizontal direction decoder 4 are respectively supplied to gate terminals of N-type MOSFET switches B 1 to Bn of the second reference element array scanner 7. Applied. As a result, the output signal Vst of the second reference element array scanner 7 is output in synchronization with the output signal Vdt of the horizontal scanner 5 in the horizontal direction.

また、赤外線撮像素子部1の各画素(検出素子211と基準素子212を含む)と第2の基準素子アレイ6の画素(基準素子212を含む)との出力インピーダンスを同等にするため、第2の基準素子アレイ6にはN型MOSFETスイッチA1〜Anを配している。このN型MOSFETスイッチA1〜Anには、その各ゲート端子に常にHレベルの信号Vonを与えており、常にオン状態とされている。   In order to make the output impedances of the pixels (including the detection element 211 and the reference element 212) of the infrared imaging element unit 1 and the pixels (including the reference element 212) of the second reference element array 6 equal, The reference element array 6 is provided with N-type MOSFET switches A1 to An. The N-type MOSFET switches A1 to An are always given an H level signal Von to their gate terminals, and are always in an on state.

次に、図4および図7を参照して、本発明に係る赤外線撮像装置101の動作について説明する。
図7は、赤外線撮像装置101の垂直方向デコーダ3、水平方向デコーダ4、水平方向スキャナ5および基準素子アレイスキャナ7の各出力信号の波形を示すタイムチャートである。
Next, the operation of the infrared imaging apparatus 101 according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a time chart showing waveforms of output signals of the vertical direction decoder 3, the horizontal direction decoder 4, the horizontal direction scanner 5, and the reference element array scanner 7 of the infrared imaging device 101.

まず、カウンタ2で、入力される基準クロックCLKに基づき、赤外線撮像素子部1の画素数分(検出画素部(画素11〜(n−1)n)の検出素子211と第1の基準画素アレイ10(画素n1〜nn)の基準素子212の総数)のアドレスが生成され、垂直方向デコーダ3および水平方向デコーダ4に出力される。
垂直方向デコーダ3および水平方向デコーダ4では、カウンタ2より生成されたアドレスをデコードして、各行ごとの垂直方向選択信号Y1〜Yn、および各列ごとの水平方向選択信号X1〜Xnを生成する。生成された垂直方向選択信号Y1〜Ynは、赤外線撮像素子部1内の垂直方向スキャナのN型MOSFETスイッチM11〜Mnnのゲート端子に各々印加される。また、生成された水平方向選択信号X1〜Xnは、水平方向スキャナ5のN型MOSFETスイッチM1〜Mnのゲート端子、および、基準素子アレイスキャナ7のN型MOSFETスイッチB1〜Bnのゲート端子に各々印加される。
なお、ここでは、図7に示すタイムチャートのように、垂直方向選択信号Y1〜Ynおよび水平方向選択信号X1〜XnがH(ハイ)レベルになると、接続されているN型MOSFETスイッチがオンする。
First, in the counter 2, based on the input reference clock CLK, the detection elements 211 and the first reference pixel array of the number of pixels of the infrared imaging element section 1 (detection pixel sections (pixels 11 to (n-1) n)). 10 (total number of reference elements 212 of pixels n1 to nn) are generated and output to the vertical direction decoder 3 and the horizontal direction decoder 4.
The vertical direction decoder 3 and the horizontal direction decoder 4 decode the address generated by the counter 2 to generate vertical direction selection signals Y1 to Yn for each row and horizontal direction selection signals X1 to Xn for each column. The generated vertical direction selection signals Y1 to Yn are applied to the gate terminals of the N-type MOSFET switches M11 to Mnn of the vertical direction scanner in the infrared imaging device section 1, respectively. The generated horizontal direction selection signals X1 to Xn are respectively applied to the gate terminals of the N-type MOSFET switches M1 to Mn of the horizontal scanner 5 and the gate terminals of the N-type MOSFET switches B1 to Bn of the reference element array scanner 7. Applied.
Here, as shown in the time chart of FIG. 7, when the vertical direction selection signals Y1 to Yn and the horizontal direction selection signals X1 to Xn become H (high) level, the connected N-type MOSFET switches are turned on. .

具体的に動作を説明すると、前述した赤外線撮像装置100と同様に、まず、垂直方向選択信号Y1がHレベルになると、N型MOSFETスイッチM11〜M1nがオンし、画素11〜1nの出力信号V1〜Vnが水平方向スキャナ5に送られる。また、同時に水平方向選択信号X1がHレベルになって、N型MOSFETスイッチM1がオンし、水平方向スキャナ5の出力信号Vdtとしては、画素11からの信号が出力される。
その後、順次水平方向選択信号X2〜XnがHレベルとなることにより、出力信号Vdtとしては、画素12〜1nの信号が順次出力される。
More specifically, like the infrared imaging device 100 described above, first, when the vertical direction selection signal Y1 becomes H level, the N-type MOSFET switches M11 to M1n are turned on, and the output signals V1 of the pixels 11 to 1n. ˜Vn is sent to the horizontal scanner 5. At the same time, the horizontal direction selection signal X 1 becomes H level, the N-type MOSFET switch M 1 is turned on, and the signal from the pixel 11 is output as the output signal Vdt of the horizontal scanner 5.
Thereafter, when the horizontal direction selection signals X2 to Xn are sequentially set to the H level, the signals of the pixels 12 to 1n are sequentially output as the output signal Vdt.

次に、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなり、これに合わせて水平方向選択信号X1〜Xnが順次Hレベルとなることにより、出力信号Vdtとしては、画素21〜2nの信号が順次出力される。そして、これら動作の繰り返しにより、信号Vdtとして、画素11〜1n、画素21〜2n・・・画素n1〜nnの順に、各画素の出力信号が走査選択される。
なお、この時の信号は、選択信号Y1〜Y(n−1)に対応する出力信号は検出素子211からの出力であり、最後の行の選択信号Ynに対応する出力信号は、第1の基準画素アレイ10の画素(画素n1〜画素nn)の出力信号である。
Next, when the vertical direction selection signal Y2 becomes the H level and the horizontal direction selection signals X1 to Xn sequentially become the H level in accordance with this, the signals of the pixels 21 to 2n are sequentially output as the output signal Vdt. . By repeating these operations, the output signals of the respective pixels are scanned and selected as the signal Vdt in the order of the pixels 11 to 1n, the pixels 21 to 2n, and the pixels n1 to nn.
In addition, the signal at this time is an output signal corresponding to the selection signals Y1 to Y (n-1) is an output from the detection element 211, and an output signal corresponding to the selection signal Yn in the last row is the first signal. It is an output signal of pixels (pixel n1 to pixel nn) of the reference pixel array 10.

一方、第2の基準画素アレイ6の基準画素1〜nの出力Vs1〜Vsnは、常にオンしているN型MOSFETスイッチA1〜Anを介し、第2の基準素子アレイスキャナ7に送られる。
第2の基準素子アレイスキャナ7は、水平方向でコーダ4から入力される水平方向選択信号X1〜Xnにより、水平方向スキャナ5と常に同期して動作する。その結果、第2の基準素子アレイスキャナ7からは、第2の基準画素アレイ6の基準画素1〜nの出力信号が、赤外線撮像素子部1の水平方向走査と同期して出力される。
On the other hand, the outputs Vs1 to Vsn of the reference pixels 1 to n of the second reference pixel array 6 are sent to the second reference element array scanner 7 via the N-type MOSFET switches A1 to An that are always on.
The second reference element array scanner 7 always operates in synchronization with the horizontal scanner 5 by horizontal direction selection signals X1 to Xn input from the coder 4 in the horizontal direction. As a result, the output signals of the reference pixels 1 to n of the second reference pixel array 6 are output from the second reference element array scanner 7 in synchronization with the horizontal scanning of the infrared imaging element unit 1.

水平方向デコーダ4が水平方向選択信号X1〜Xnを順次切り換えていく際、赤外線撮像素子部1の出力信号Vdtと第2の基準素子アレイ6の出力信号Vstには、図3を参照して前述したようにスイッチングノイズが重畳する。
このスイッチングノイズは、N型MOSFETの走査選択の動作と検出素子211および基準素子212の電気的特性により発生するものである。赤外線撮像装置101においては、前述したように、検出素子211と基準素子212は同様な電気特性を有し、さらにこれらの素子は同様なサイズのN型MOSFETに接続されているので、水平方向スキャナ5を介した赤外線撮像素子部1からの出力Vdtと第2の基準素子アレイスキャナ7を介した第2の基準素子アレイ6からの出力Vstとに重畳するスイッチングノイズ波形は同様な波形となる。
When the horizontal direction decoder 4 sequentially switches the horizontal direction selection signals X1 to Xn, the output signal Vdt of the infrared imaging element unit 1 and the output signal Vst of the second reference element array 6 are described above with reference to FIG. As described above, switching noise is superimposed.
This switching noise is generated by the scanning selection operation of the N-type MOSFET and the electrical characteristics of the detection element 211 and the reference element 212. In the infrared imaging apparatus 101, as described above, the detection element 211 and the reference element 212 have the same electrical characteristics, and these elements are connected to the N-type MOSFET of the same size. The switching noise waveform superimposed on the output Vdt from the infrared imaging element unit 1 via 5 and the output Vst from the second reference element array 6 via the second reference element array scanner 7 is a similar waveform.

差動増幅器9には、これら赤外線撮像素子部1の出力信号Vdtと第2の基準素子アレイ6の出力信号Vstが入力され、これらの差分が検出され、オフセットがキャンセルされた後に増幅して出力される。したがって、本実施形態の赤外線撮像装置101においては、出力信号Vdtと出力信号Vstに重畳するスイッチングノイズの波形が同様であるため、これらのスイッチングノイズは差動増幅器9において相殺される。その結果、差動増幅器9からの出力信号Voutは、スイッチングノイズの影響を受けていない適切な信号となる。   The differential amplifier 9 receives the output signal Vdt of the infrared imaging element unit 1 and the output signal Vst of the second reference element array 6, detects the difference between them, and amplifies and outputs after the offset is canceled. Is done. Therefore, in the infrared imaging device 101 of the present embodiment, since the waveforms of the switching noise superimposed on the output signal Vdt and the output signal Vst are the same, these switching noises are canceled by the differential amplifier 9. As a result, the output signal Vout from the differential amplifier 9 is an appropriate signal that is not affected by the switching noise.

差動増幅器9のオフセット測定は、処理部8において、赤外線撮像素子部1内にある第1の基準素子アレイ10と、第2の基準素子アレイ6が走査選択されている時に行なう。この時に得られる信号も、本実施形態の赤外線撮像装置101においては、前述したようにスイッチングノイズが相殺されたものとなる。そのため、処理部8は、高精度に基準素子212の出力信号を得ることができ、高精度にオフセット測定を行なうことができる。そしてその結果、適切にオフセットをキャンセルすることができる。
また、本実施形態の撮像装置101においては、図4に示すように、基準画素を第1の基準画素アレイ10として赤外線撮像素子部1内に水平方向にライン状に配列した。この結果、基準素子の出力信号のサンプリング回数を増やすことができ、これによっても精度良く差動増幅器9のオフセット測定を行なうことができる。
The offset measurement of the differential amplifier 9 is performed when the processing unit 8 scans and selects the first reference element array 10 and the second reference element array 6 in the infrared imaging element unit 1. The signal obtained at this time also has the switching noise canceled as described above in the infrared imaging apparatus 101 of the present embodiment. Therefore, the processing unit 8 can obtain the output signal of the reference element 212 with high accuracy, and can perform offset measurement with high accuracy. As a result, the offset can be canceled appropriately.
In the imaging apparatus 101 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the reference pixels are arranged in a line in the horizontal direction in the infrared imaging element unit 1 as the first reference pixel array 10. As a result, the number of samplings of the output signal of the reference element can be increased, and the offset measurement of the differential amplifier 9 can be performed with high accuracy.

このように、本実施形態の赤外線撮像装置101においては、走査選択時に発生するスイッチングノイズを低減し、高精度の基準素子212の出力信号が得ることができる。また、基準素子212をライン状に配列したことでサンプリング回数を増やすことができる。そのため、赤外線撮像装置の動作時に温度変化などの環境変化が起こっても、精度良く差動増幅器9のオフセット測定ができ、精度良く差動増幅器9のオフセットを補正することができる。   As described above, in the infrared imaging device 101 of the present embodiment, switching noise generated at the time of scanning selection can be reduced, and a highly accurate output signal of the reference element 212 can be obtained. In addition, the number of samplings can be increased by arranging the reference elements 212 in a line. Therefore, even if an environmental change such as a temperature change occurs during the operation of the infrared imaging device, the offset of the differential amplifier 9 can be measured with high accuracy, and the offset of the differential amplifier 9 can be corrected with high accuracy.

また、毎フレームにおいて第1の基準素子アレイ10と第2の基準素子アレイ6の増幅出力が得られるため、赤外線撮像装置の動作時に温度変化などの環境変化が起こった時に、その変化に追従して精度良く差動増幅器9のオフセット補正をすることができる。
また、検出素子211の出力信号に含まれるスイッチングノイズが除去できるため、より鮮明な画像を得ることが可能である。
Further, since the amplified outputs of the first reference element array 10 and the second reference element array 6 can be obtained in each frame, when an environmental change such as a temperature change occurs during the operation of the infrared imaging device, the change is followed. Thus, the offset of the differential amplifier 9 can be corrected with high accuracy.
In addition, since switching noise included in the output signal of the detection element 211 can be removed, a clearer image can be obtained.

なお、垂直方向の走査選択が行なわれる時は、垂直方向走査信号と水平方向走査信号が同時に切り替わるため、赤外線撮像素子部1の出力Vdtには、垂直方向走査選択によるスイッチングノイズと水平方向走査選択によるスイッチングノイズが重畳する。しかし、第2の基準素子アレイ6の出力信号Vstには、水平方向走査選択によるスイッチングノイズのみ重畳している。そのため、差動増幅器9ではスイッチングノイズが完全に相殺されない。したがって、このような垂直方向の走査選択が行なわれた直後は、読み飛ばすようにして、素子の信号を画像に出力しないのが好適である。
このようにすれば、スイッチングノイズの含まれないより鮮明な画像を得ることができる。
When the vertical scanning is selected, the vertical scanning signal and the horizontal scanning signal are switched at the same time. Therefore, the output Vdt of the infrared imaging element unit 1 includes switching noise and horizontal scanning selected by the vertical scanning selection. Switching noise due to is superimposed. However, only the switching noise due to the horizontal scanning selection is superimposed on the output signal Vst of the second reference element array 6. Therefore, switching noise is not completely canceled in the differential amplifier 9. Therefore, it is preferable to skip the reading immediately after such vertical scanning selection is performed and not output the element signal to the image.
In this way, a clearer image that does not include switching noise can be obtained.

なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。   In addition, this Embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and does not limit this invention at all. Each element disclosed in the present embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention, and various suitable modifications are possible.

図1は、本発明に関係する通常の赤外線撮像装置の構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a normal infrared imaging apparatus related to the present invention. 図2は、図1に示した赤外線撮像装置の垂直方向デコーダ、水平方向デコーダおよび水平方向スキャナの各出力信号の波形を示すタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart showing waveforms of output signals of the vertical direction decoder, horizontal direction decoder, and horizontal direction scanner of the infrared imaging apparatus shown in FIG. 図3は、図1に示した赤外線撮像装置において発生するスイッチングノイズを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining switching noise generated in the infrared imaging apparatus shown in FIG. 図4は、本発明の一実施形態の赤外線撮像装置の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of an infrared imaging device according to an embodiment of the present invention. 図5は、図4に示した赤外線撮像装置で用いる検出素子の構造を示す図であり、(A)は検出素子の平面図であり、(B)は(A)のA−Aにおける断面図である。5A and 5B are diagrams showing the structure of the detection element used in the infrared imaging apparatus shown in FIG. 4, wherein FIG. 5A is a plan view of the detection element, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is. 図6は、図4に示した赤外線撮像装置で用いる基準素子の構造を示す図であり、(A)は基準素子の平面図であり、(B)は(A)のA−Aにおける断面図である。6A and 6B are diagrams showing the structure of a reference element used in the infrared imaging device shown in FIG. 4, wherein FIG. 6A is a plan view of the reference element, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is. 図7は、図4に示した赤外線撮像装置の垂直方向デコーダ、水平方向デコーダ、水平方向スキャナおよび基準素子アレイスキャナの各出力信号の波形を示すタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart showing waveforms of output signals of the vertical direction decoder, the horizontal direction decoder, the horizontal direction scanner, and the reference element array scanner of the infrared imaging apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100,101…赤外線撮像装置
1…赤外線撮像素子部
2…カウンタ
3…垂直方向デコーダ
4…水平方向デコーダ
5…水平方向スキャナ
6…第2の基準素子アレイ
7…第2の基準素子アレイスキャナ
8…処理部
8a…DAコンバータ(DAC)
8b…ADコンバータ(ADC)
9…差動増幅器
10…第1の基準素子アレイ
211…検出素子
212…基準素子
110…P型サーモパイル
111…N型サーモパイル
112…冷接点
113…温接点
114…プラス端子
115…マイナス端子
116…基板
117…赤外線吸収膜
118…薄膜層
119…エッチング孔
120…層間絶縁膜
121…(111 )面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,101 ... Infrared imaging device 1 ... Infrared imaging device part 2 ... Counter 3 ... Vertical direction decoder 4 ... Horizontal direction decoder 5 ... Horizontal direction scanner 6 ... 2nd reference element array 7 ... 2nd reference element array scanner 8 ... Processing unit 8a ... DA converter (DAC)
8b AD converter (ADC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Differential amplifier 10 ... 1st reference element array 211 ... Detection element 212 ... Reference element 110 ... P-type thermopile 111 ... N-type thermopile 112 ... Cold junction 113 ... Hot junction 114 ... Plus terminal 115 ... Minus terminal 116 ... Substrate 117 ... Infrared absorbing film 118 ... Thin film layer 119 ... Etching hole 120 ... Interlayer insulating film 121 ... (111) surface

Claims (2)

第1方向および第2方向に2次元に配列し、所定の電気特性と感度を有する検出素子と、前記検出素子と近接して前記第1方向にライン状に配列し、前記検出素子と同様の電気特性を有するが感度を異ならせて赤外線が入射しても信号値が変化しない第1基準素子とからなる赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子と近接して前記第1方向にライン状に配列し、前記検出素子と同様の電気特性を有するが感度を異ならせて赤外線が入射しても信号値が変化しない第2基準素子と、
前記赤外線撮像素子を前記第1方向および前記第2方向に順次走査し、前記検出素子および前記第1基準素子の走査読み出しを行なう第1走査手段と、
前記走査手段の前記第1方向の走査読み出しに同期して前記第2基準素子の走査読み出しを行なう第2走査手段と、
前記第1走査手段の前記第1方向の走査読み出しの出力と前記第2走査手段による走査読み出しの出力との差を検出し、当該差を増幅して出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路において検出される前記第1基準素子の出力と前記第2基準素子の出力との差に基づいて、前記差動増幅回路のオフセットを設定するオフセット設定手段とを有し、
前記第1走査手段は、前記赤外線撮像素子を前記第2方向に走査し、前記第1方向の列ごとに前記検出素子又は前記第1基準素子を走査読み出しする第2方向走査手段と、
前記第2方向走査手段により走査読み出しされる前記第1方向の列ごとの前記検出素子又は前記第1の基準素子を前記第1方向に走査し、当該第1方向の列ごとに前記検出素子
又は前記第1基準素子を走査読み出しする第1方向走査手段とをさらに有し、
前記第2走査手段は、前記第1方向走査手段の前記走査読み出しに同期して前記第2基準素子の走査読み出しを行ない、
前記第1方向走査手段および前記第2走査手段は、前記第2方向走査手段での走査読み出しが切り替わるのと同時に、前記第1方向の走査読み出しとなる素子の信号を出力しないことを特徴とする赤外線撮像装置。
Two-dimensionally arranged in the first direction and the second direction, and having a predetermined electrical characteristic and sensitivity, and arranged in a line in the first direction in the vicinity of the detection element, the same as the detection element An infrared imaging device comprising a first reference element having electrical characteristics but having a different sensitivity and no change in signal value even when infrared rays are incident;
A second reference element that is arranged in a line in the first direction in the vicinity of the infrared imaging element, has the same electrical characteristics as the detection element, but does not change the signal value even when infrared rays are incident with different sensitivity. When,
First scanning means for sequentially scanning the infrared imaging element in the first direction and the second direction, and scanning and reading the detection element and the first reference element;
Second scanning means for scanning and reading the second reference element in synchronization with scanning reading in the first direction of the scanning means;
A differential amplifier circuit for detecting a difference between an output of the scanning readout in the first direction of the first scanning unit and an output of the scanning readout by the second scanning unit, amplifying the difference, and outputting the difference;
Offset setting means for setting an offset of the differential amplifier circuit based on a difference between the output of the first reference element and the output of the second reference element detected in the differential amplifier circuit ;
The first scanning means scans the infrared imaging element in the second direction, and scans and reads the detection element or the first reference element for each column in the first direction;
The detection element or the first reference element for each column in the first direction scanned and read out by the second direction scanning unit is scanned in the first direction, and the detection element for each column in the first direction.
Or a first direction scanning means for scanning and reading the first reference element,
The second scanning unit performs scanning and reading of the second reference element in synchronization with the scanning and reading of the first direction scanning unit;
The first direction scanning unit and the second scanning unit do not output a signal of an element that performs scanning reading in the first direction at the same time when scanning reading in the second direction scanning unit is switched. Infrared imaging device.
第1方向および第2方向に2次元に配列し、所定の電気特性と感度を有する検出素子を有する赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子と近接して前記第1方向にライン状に配列し、前記検出素子と同様の電気特性を有するが感度を異ならせて赤外線が入射しても信号値が変化しない基準素子と、
前記赤外線撮像素子を前記第1方向および前記第2方向に順次走査し、前記検出素子の
走査読み出しを行なう第1走査手段と、
前記走査手段の前記第1方向の走査読み出しに同期して前記基準素子の走査読み出しを
行なう第2走査手段と、
前記第1走査手段により読み出しされる前記検出素子の出力および前記第2走査手段により読み出しされる前記基準素子の出力の差を検出し、前記検出された差に基づく信号を撮像信号として出力する出力回路とを有し、
前記第1及び第2走査手段は、前記第1走査手段での前記第2方向の走査読み出しが切り替わるのと同時に、前記第1方向の走査読み出しとなる素子の信号を出力しないことを特徴とする赤外線撮像装置。
An infrared imaging device having detection elements that are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction and have predetermined electrical characteristics and sensitivity;
A reference element that is arranged in a line in the first direction in the vicinity of the infrared imaging element, has the same electrical characteristics as the detection element but has a different sensitivity, and the signal value does not change even when infrared rays are incident thereon,
First scanning means for sequentially scanning the infrared imaging element in the first direction and the second direction, and scanning and reading the detection element;
Second scanning means for scanning and reading the reference element in synchronization with scanning reading in the first direction of the scanning means;
An output for detecting a difference between an output of the detection element read by the first scanning unit and an output of the reference element read by the second scanning unit, and outputting a signal based on the detected difference as an imaging signal and a circuit,
The first and second scanning units do not output a signal of an element that performs scanning reading in the first direction at the same time when scanning scanning in the second direction by the first scanning unit is switched. Infrared imaging device.
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