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JP4530997B2 - Infrared sensor - Google Patents
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Description

この発明は、PN接合ダイオードを感熱センサに用いた赤外線センサに関するものである。   The present invention relates to an infrared sensor using a PN junction diode as a thermal sensor.

従来の赤外線センサでは直列に複数個接続したPN接合ダイオードを赤外線検出画素としてそのまま用いていた。このような構成を有する赤外線センサが、たとえば特開2004−364241号公報(特許文献1)に開示されている。
特開2004−364241号公報
In a conventional infrared sensor, a plurality of PN junction diodes connected in series are used as they are as infrared detection pixels. An infrared sensor having such a configuration is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-364241 (Patent Document 1).
JP 2004-364241 A

上述の構成を有することによって従来の赤外線センサには以下の種々の問題が存在する。たとえばPN接合ダイオードの微分抵抗が大きくなると検出時の雑音電圧(すなわちノイズ)が大きくなるという問題がある。   With the above-described configuration, the conventional infrared sensor has the following various problems. For example, when the differential resistance of the PN junction diode increases, there is a problem that the noise voltage (that is, noise) at the time of detection increases.

また、非選択時の画素においてPN接合ダイオードには逆バイアス電圧が印加される。この場合にはダイオードにわずかながら逆方向電流が生じる。赤外線センサに含まれる画素の数が多くなると逆方向電流に起因した電力損失が大きくなりやすい。   Further, a reverse bias voltage is applied to the PN junction diode in the non-selected pixel. In this case, a slight reverse current is generated in the diode. When the number of pixels included in the infrared sensor increases, power loss due to reverse current tends to increase.

またPN接合ダイオードの特性(電流−電圧特性)は画素ごとにばらつきやすい。このためアレイ状に配置された複数の画素からの出力に分布が生じやすい。   Further, the characteristics (current-voltage characteristics) of the PN junction diode tend to vary from pixel to pixel. For this reason, distribution tends to occur in outputs from a plurality of pixels arranged in an array.

本発明の目的は、従来よりも赤外線の検出性能を高めることが可能な赤外線センサを提供することである。   The objective of this invention is providing the infrared sensor which can improve the detection performance of infrared rays compared with the past.

本発明は要約すれば、赤外線センサであって、赤外線を検出する複数の検出器を備える。複数の検出器の各々は、少なくとも1つのダイオードと、定電流源と、差動増幅器とを含む。少なくとも1つのダイオードは、第1のノードから第2のノードへの向きが順方向となるように第1および第2のノードの間に電気的に接続されて、赤外線の入射に応じて順方向電圧を変化させる。定電流源は、第2のノードから定電流を引き抜く。差動増幅器は、定電位と第2のノードから出力される信号電位との電位差に応じて定まる電位を第1のノードに与える。   In summary, the present invention is an infrared sensor comprising a plurality of detectors for detecting infrared rays. Each of the plurality of detectors includes at least one diode, a constant current source, and a differential amplifier. The at least one diode is electrically connected between the first and second nodes such that the direction from the first node to the second node is the forward direction, and the forward direction according to the incidence of infrared rays Change the voltage. The constant current source draws a constant current from the second node. The differential amplifier provides the first node with a potential determined according to the potential difference between the constant potential and the signal potential output from the second node.

本発明の赤外線センサによれば、従来よりも赤外線の検出性能を高めることが可能になる。   According to the infrared sensor of the present invention, it is possible to improve the infrared detection performance as compared with the conventional one.

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の赤外線センサの概略構成を示す斜視図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the infrared sensor according to the first embodiment.

図1を参照して、赤外線センサ300は赤外線撮像を行なう熱型赤外線固体撮像装置で
ある。赤外線センサ300はたとえば監視カメラや火災検知カメラ等に搭載される。このようなカメラでは赤外線撮像を行なうことで昼夜に拘らず撮像が可能になるとともに可視光よりも煙や霧に対する透過性を高めることが可能になる。
Referring to FIG. 1, infrared sensor 300 is a thermal infrared solid-state imaging device that performs infrared imaging. The infrared sensor 300 is mounted on, for example, a monitoring camera or a fire detection camera. In such a camera, by performing infrared imaging, imaging can be performed regardless of day and night, and the permeability to smoke and fog can be increased more than visible light.

赤外線センサ300は、シリコン等の半導体を材料とする基板301に形成される。赤外線センサ300は、検出器アレイ302と、複数の駆動線303と、複数の信号線304と、信号処理回路305とを備える。   The infrared sensor 300 is formed on a substrate 301 made of a semiconductor such as silicon. The infrared sensor 300 includes a detector array 302, a plurality of drive lines 303, a plurality of signal lines 304, and a signal processing circuit 305.

検出器アレイ302は、行列状に配列された複数の検出器500を含む。図1では検出器アレイ302の構成例として6つの検出器500が2行3列に配列された構成を示す。これらの検出器500の各々は赤外線を検出する。検出器500による赤外線の検出原理については後述する。   The detector array 302 includes a plurality of detectors 500 arranged in a matrix. FIG. 1 shows a configuration in which six detectors 500 are arranged in two rows and three columns as a configuration example of the detector array 302. Each of these detectors 500 detects infrared radiation. The principle of infrared detection by the detector 500 will be described later.

複数の駆動線303は複数の検出器500の各行に対応してそれぞれ配置される。複数の信号線304は複数の検出器500の各列に対応してそれぞれ配置される。   The plurality of drive lines 303 are arranged corresponding to the respective rows of the plurality of detectors 500. The plurality of signal lines 304 are arranged corresponding to the respective columns of the plurality of detectors 500.

信号処理回路305は垂直走査回路306と、水平走査回路307とを含む。垂直走査回路306は複数の駆動線303を順次選択する。垂直走査回路306は選択した駆動線に電源電位を印加して検出器500を動作させる。水平走査回路307は複数の信号線304を順次選択する。水平走査回路307は選択した信号線の電位変化(すなわち検出器500の出力電位の変化)を読み出して、その結果を外部に出力する。これによって赤外線センサ300は赤外線撮像を行なうことができる。なお、水平走査回路307は上述の処理に加えてたとえば信号線の電位変化を増幅する等の処理を行なってもよい。   The signal processing circuit 305 includes a vertical scanning circuit 306 and a horizontal scanning circuit 307. The vertical scanning circuit 306 sequentially selects a plurality of drive lines 303. The vertical scanning circuit 306 operates the detector 500 by applying a power supply potential to the selected drive line. The horizontal scanning circuit 307 sequentially selects a plurality of signal lines 304. The horizontal scanning circuit 307 reads the potential change of the selected signal line (that is, the change in the output potential of the detector 500) and outputs the result to the outside. As a result, the infrared sensor 300 can perform infrared imaging. Note that the horizontal scanning circuit 307 may perform processing such as amplifying a potential change of the signal line in addition to the above processing.

図2は、図1の検出器500の平面図である。
図3は、図2におけるIII−III方向の断面図である。
FIG. 2 is a plan view of the detector 500 of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view in the III-III direction in FIG.

図2および図3を参照して、検出器500は、金属配線501と、検出部504と、支持脚505と、凹部506と、傘構造507と、保護膜509とを含む。なお図2では検出器500の構成の理解を容易にするために傘構造507および保護膜509は示されていない。   Referring to FIGS. 2 and 3, detector 500 includes metal wiring 501, detection unit 504, support leg 505, recess 506, umbrella structure 507, and protective film 509. In FIG. 2, the umbrella structure 507 and the protective film 509 are not shown in order to facilitate understanding of the configuration of the detector 500.

検出部504は支持脚505によって凹部506上に中空状態で設けられる。凹部506はエッチング処理により形成される。エッチング孔508はエッチング用の気体または液体を基板301に導入するために形成される。傘構造507は検出部504上に接して設けられる。   The detection unit 504 is provided in a hollow state on the recess 506 by the support leg 505. The recess 506 is formed by an etching process. The etching hole 508 is formed in order to introduce an etching gas or liquid into the substrate 301. The umbrella structure 507 is provided on and in contact with the detection unit 504.

検出部504には金属配線501と検知膜510とが設置される。支持脚505にも金属配線501が設けられる。金属配線501の上方には保護膜509が設けられる。検知膜510は金属配線501によって図1の垂直走査回路306または水平走査回路307に電気的に接続される。検知膜510にはPN接合ダイオードが形成される。   The detection unit 504 is provided with a metal wiring 501 and a detection film 510. A metal wiring 501 is also provided on the support leg 505. A protective film 509 is provided above the metal wiring 501. The detection film 510 is electrically connected to the vertical scanning circuit 306 or the horizontal scanning circuit 307 of FIG. A PN junction diode is formed on the detection film 510.

次に、検出器500による赤外線の検出原理について述べる。赤外線センサ300の撮像対象となる被写体が発した赤外線が検出器500に入射すると主に傘構造507が赤外線を吸収する。これにより検出部504の温度が上昇する。検出部504の温度変化に応じて検知膜510の電気特性(具体的にはダイオードの順方向電圧)が変化する。   Next, the principle of infrared detection by the detector 500 will be described. When infrared rays emitted from a subject to be imaged by the infrared sensor 300 enter the detector 500, the umbrella structure 507 mainly absorbs the infrared rays. As a result, the temperature of the detection unit 504 increases. The electrical characteristics of the detection film 510 (specifically, the forward voltage of the diode) change according to the temperature change of the detection unit 504.

複数の検出器500の各々における電気特性の変化は図1の水平走査回路307によって読み取られる。水平走査回路307は検出器500の電気特性の変化を示す信号を外部に出力する。この信号を適切に処理することで被写体の熱画像が得られる。   A change in electrical characteristics in each of the plurality of detectors 500 is read by the horizontal scanning circuit 307 in FIG. The horizontal scanning circuit 307 outputs a signal indicating a change in electrical characteristics of the detector 500 to the outside. A thermal image of the subject can be obtained by appropriately processing this signal.

基板301と検出部504とは支持脚505によって接続している。支持脚505の熱コンダクタンスが小さいほど検出部504の温度変化が大きくなる。これにより検出器500は敏感に赤外線を検出できる。   The substrate 301 and the detection unit 504 are connected by a support leg 505. The smaller the thermal conductance of the support leg 505, the greater the temperature change of the detection unit 504. Thereby, the detector 500 can detect infrared rays sensitively.

続いて上記の赤外線検出動作をより詳細に説明する。
図4は、従来の赤外線センサに含まれる検出器の等価回路図である。
Next, the above infrared detection operation will be described in more detail.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a detector included in a conventional infrared sensor.

図4を参照して、検出器500AはノードN1とノードN2との間に直列接続される複数のPN接合ダイオード601と、ノードN2と接地ノードとの間に接続される定電流源602とを備える。ノードN1は駆動線303に接続される。ノードN1には定電位(電源電位Vcc)が与えられる。ノードN2は信号線304に接続される。   Referring to FIG. 4, detector 500A includes a plurality of PN junction diodes 601 connected in series between nodes N1 and N2, and a constant current source 602 connected between node N2 and the ground node. Prepare. Node N1 is connected to drive line 303. A constant potential (power supply potential Vcc) is applied to node N1. Node N2 is connected to signal line 304.

図5は、ダイオードの電圧−電流特性の温度依存性を一般的に示す図である。
図5を参照して、ある大きさの順方向電流Ifに対応する順方向電圧Vfはダイオードの温度に依存する。たとえば順方向電圧Vfの大きさは高温時にはV1であり低温時ではV2(ただしV1<V2)である。
FIG. 5 is a diagram generally showing the temperature dependence of the voltage-current characteristics of the diode.
Referring to FIG. 5, the forward voltage Vf corresponding to a certain amount of forward current If depends on the temperature of the diode. For example, the magnitude of the forward voltage Vf is V1 at a high temperature and V2 (however, V1 <V2) at a low temperature.

再び図4を参照しながら説明する。定電流源602はノードN2から温度によらず一定の定電流を引き抜く。これによって温度によらず一定の順方向電流IfがPN接合ダイオード601に流れる。検出器500Aに温度変化が生じた場合には順方向電圧Vf(すなわちノードN1とノードN2との間の電圧)が変化するためにノードN2の電位が変化する。   A description will be given with reference to FIG. 4 again. The constant current source 602 draws a constant constant current from the node N2 regardless of the temperature. As a result, a constant forward current If flows through the PN junction diode 601 regardless of the temperature. When a temperature change occurs in detector 500A, forward voltage Vf (that is, a voltage between node N1 and node N2) changes, so that the potential of node N2 changes.

図6は、図1から図3の検出器500の等価回路図である。
図6および図4を参照して、検出器500は図4の検出器500Aに、さらに差動増幅器603と、遅延回路DLとを備えて構成される点で検出器500Aと異なる。検出器500の他の部分の構成は検出器500Aの構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the detector 500 of FIGS.
6 and 4, detector 500 is different from detector 500A in that detector 500A in FIG. 4 is further provided with a differential amplifier 603 and a delay circuit DL. Since the configuration of other parts of detector 500 is the same as that of detector 500A, the following description will not be repeated.

図6では、複数のPN接合ダイオード601が示される。検出器500は複数のダイオードを含むことで微小な温度変化を検出できる。これら複数のPN接合ダイオード601はノードN1からノードN2の方向が順方向になるように、ノードN1およびノードN2の間に電気的に接続される。ただし本実施の形態では少なくとも1つのPN接合ダイオード601がノードN1とノードN2とに電気的に接続されていればよい。   In FIG. 6, a plurality of PN junction diodes 601 are shown. Detector 500 can detect a minute temperature change by including a plurality of diodes. The plurality of PN junction diodes 601 are electrically connected between the node N1 and the node N2 so that the direction from the node N1 to the node N2 is the forward direction. However, in the present embodiment, it is sufficient that at least one PN junction diode 601 is electrically connected to the node N1 and the node N2.

差動増幅器603には回路動作のための電源電位V+,V−が印加される。差動増幅器603の非反転入力端子(記号「+」で示す)は駆動線303に接続される。駆動線303には定電位である電源電位Vccが印加される。これにより差動増幅器603の非反転入力端子は電源電位Vccに結合される。差動増幅器603の反転入力端子(記号「−」で示す)にはノードN2の電位Voutが帰還して与えられる。差動増幅器603は電位Voutと電源電位Vccとの電位差を増幅した電位VAをノードN1に与える。   The differential amplifier 603 is applied with power supply potentials V + and V− for circuit operation. A non-inverting input terminal (indicated by symbol “+”) of the differential amplifier 603 is connected to the drive line 303. A power supply potential Vcc which is a constant potential is applied to the drive line 303. Thereby, the non-inverting input terminal of differential amplifier 603 is coupled to power supply potential Vcc. The potential Vout of the node N2 is fed back to the inverting input terminal (indicated by the symbol “−”) of the differential amplifier 603. Differential amplifier 603 gives potential VA obtained by amplifying the potential difference between potential Vout and power supply potential Vcc to node N1.

遅延回路DLは抵抗器604と、容量605とを含む。抵抗器604はノードN2と差動増幅器603の反転入力端子との間に接続される。容量605はノードN2と接地ノードとの間に接続される。   Delay circuit DL includes a resistor 604 and a capacitor 605. Resistor 604 is connected between node N 2 and the inverting input terminal of differential amplifier 603. Capacitor 605 is connected between node N2 and the ground node.

検出器500では、図4の検出器500Aと同様にノードN1からノードN2に向けて順方向電流Ifが流れる。定電流源602によって順方向電流Ifは温度によらず一定に保たれる。よってノードN1とノードN2との間の順方向電圧Vfが温度変化に応じて変
化する。
In detector 500, forward current If flows from node N1 to node N2, similarly to detector 500A in FIG. The constant current source 602 keeps the forward current If constant regardless of the temperature. Therefore, the forward voltage Vf between the node N1 and the node N2 changes according to the temperature change.

また、検出器500では直列接続された複数のPN接合ダイオード601が差動増幅器603の帰還ループ内に挿入される。これによって検出器500は理想ダイオード回路、すなわち順方向電圧Vfが0Vになるダイオードとして動作する。   In the detector 500, a plurality of PN junction diodes 601 connected in series are inserted into the feedback loop of the differential amplifier 603. Thus, the detector 500 operates as an ideal diode circuit, that is, a diode whose forward voltage Vf becomes 0V.

図7は、理想ダイオードおよび通常のダイオードの電圧−電流特性を一般的に示す図である。   FIG. 7 is a diagram generally showing voltage-current characteristics of an ideal diode and a normal diode.

図7を参照して、理想ダイオードでは順方向の抵抗(電圧/電流)はほぼ0となり、逆方向の抵抗は極めて大きくなる。よって理想ダイオードでは逆方向電流はごくわずかしか流れない。一方、通常のダイオードの場合、順方向電圧に対しては電圧−電流曲線は傾きを有し、逆方向電圧に対してはある大きさの逆方向電流が発生する。   Referring to FIG. 7, in an ideal diode, the forward resistance (voltage / current) is almost zero, and the reverse resistance is extremely large. Therefore, only a small amount of reverse current flows in an ideal diode. On the other hand, in the case of a normal diode, the voltage-current curve has a slope with respect to the forward voltage, and a reverse current of a certain magnitude is generated with respect to the reverse voltage.

図8は、理想ダイオードの入力電位の波形と出力電位の波形との関係を一般的に示す図である。   FIG. 8 is a diagram generally showing the relationship between the waveform of the input potential of the ideal diode and the waveform of the output potential.

図8を参照して、理想ダイオードのアノードに入力される電位Vinの正側の波形がカソードに出力される電位Voの波形としてそのまま現われる。よって電位Vinが0から電位Vpまで変化すれば電位Voも0から電位Vpまで変化する。また電位Vinが負の場合には電位Voは0Vである。   Referring to FIG. 8, the positive waveform of potential Vin input to the anode of the ideal diode appears as it is as the waveform of potential Vo output to the cathode. Therefore, if the potential Vin changes from 0 to the potential Vp, the potential Vo also changes from 0 to the potential Vp. When the potential Vin is negative, the potential Vo is 0V.

次に図6の検出器500の動作を説明する。理解を容易にするために、まず検出器500において遅延回路DLが設けられず、差動増幅器603の反転入力端子がノードN2に直接接続されている場合について説明する。   Next, the operation of the detector 500 of FIG. 6 will be described. In order to facilitate understanding, a case will be described in which the delay circuit DL is not provided in the detector 500 and the inverting input terminal of the differential amplifier 603 is directly connected to the node N2.

この場合には非反転入力端子の電位Vinが0のときにはノードN1の電位VAも0になる。よって複数のPN接合ダイオード601は非導通状態になる。このときノードN2から差動増幅器603の反転入力端子への負帰還ループはオープン状態になる。   In this case, when the potential Vin of the non-inverting input terminal is 0, the potential VA of the node N1 is also 0. Therefore, the plurality of PN junction diodes 601 are turned off. At this time, the negative feedback loop from the node N2 to the inverting input terminal of the differential amplifier 603 is opened.

電位Vinが正側にわずかに変化すると差動増幅器603の増幅作用により電位VAは大きく変化する。複数のPN接合ダイオード601が導通するのに伴って差動増幅器603はボルテージフォロワとして動作する。よってノードN2の電位Voutは電位Vinに等しくなる。電位Vinが負であれば複数のPN接合ダイオード601は非導通状態になるので差動増幅器603の負帰還ループがオープンになる。つまり図6の検出器500は理想ダイオード回路、すなわち順方向電圧が0Vであり、かつ、逆方向の抵抗が無限大であるダイオードとみなすことができる。   When the potential Vin slightly changes to the positive side, the potential VA greatly changes due to the amplification action of the differential amplifier 603. As the plurality of PN junction diodes 601 become conductive, the differential amplifier 603 operates as a voltage follower. Therefore, the potential Vout of the node N2 becomes equal to the potential Vin. If the potential Vin is negative, the plurality of PN junction diodes 601 are turned off, so that the negative feedback loop of the differential amplifier 603 is opened. That is, the detector 500 of FIG. 6 can be regarded as an ideal diode circuit, that is, a diode having a forward voltage of 0 V and a reverse resistance of infinity.

理想ダイオード回路では、順方向の抵抗が極めて小さくなる。よって図1の赤外線センサ300は雑音電圧を低減できるので検出感度を高めることができる。雑音電圧が下がる理由は(雑音電圧)=(雑音電流)×(抵抗)の関係が成り立つためである。雑音電圧の種類としてはたとえば「ショット雑音電圧」(PN接合ダイオードの空乏領域を通過したキャリアが不規則にP型領域あるいはN型領域に注入されることにより生じる雑音)や「フリッカ雑音電圧」などがある。   In an ideal diode circuit, the forward resistance is very small. Therefore, the infrared sensor 300 of FIG. 1 can reduce the noise voltage, so that the detection sensitivity can be increased. The reason why the noise voltage decreases is that the relationship of (noise voltage) = (noise current) × (resistance) is established. Examples of the noise voltage include “shot noise voltage” (noise generated when carriers that have passed through the depletion region of the PN junction diode are irregularly injected into the P-type region or N-type region), “flicker noise voltage”, etc. There is.

また、非選択行に属する検出器500においては図1の垂直走査回路306によってPN接合ダイオード601が逆バイアスされる。理想ダイオード回路では逆方向の抵抗が極めて大きい。よって検出器500では逆方向電流(漏れ電流)が小さくなるので図1の赤外線センサ300は電力損失を低減することができる。   In the detector 500 belonging to the non-selected row, the PN junction diode 601 is reverse-biased by the vertical scanning circuit 306 in FIG. In an ideal diode circuit, the reverse resistance is extremely large. Therefore, since reverse current (leakage current) is reduced in detector 500, infrared sensor 300 in FIG. 1 can reduce power loss.

また、電位Voutが非反転入力端子の電位Vin(すなわち電源電位Vcc)に等しくなるように差動増幅器603では負帰還ループが構成される。よって複数の検出器500の特性ばらつきを低減できる。これにより図1の赤外線センサ300は強度分布を小さくすることができる。なお、当然ながら直列に複数個接続されるPN接合ダイオード601が導通するように差動増幅器603の電源電位V+,V−を設定する必要がある。   Further, the differential amplifier 603 forms a negative feedback loop so that the potential Vout becomes equal to the potential Vin of the non-inverting input terminal (that is, the power supply potential Vcc). Accordingly, variation in characteristics of the plurality of detectors 500 can be reduced. Thereby, the infrared sensor 300 in FIG. 1 can reduce the intensity distribution. Of course, it is necessary to set the power supply potentials V + and V− of the differential amplifier 603 so that a plurality of PN junction diodes 601 connected in series are conductive.

図6の検出器500に遅延回路DLが設けられていない場合には電位Voutは一旦変化してもすぐに電位Vccに戻る。よってPN接合ダイオード601の順方向電圧が変化した(すなわち電位Voutが変化した)ことを図1の水平走査回路307は検出できない。このため図6の検出器500において理想ダイオード回路の負帰還ループに遅延回路DLが設けられる。   When the delay circuit DL is not provided in the detector 500 of FIG. 6, even if the potential Vout changes once, it immediately returns to the potential Vcc. Therefore, the horizontal scanning circuit 307 in FIG. 1 cannot detect that the forward voltage of the PN junction diode 601 has changed (that is, the potential Vout has changed). For this reason, in the detector 500 of FIG. 6, the delay circuit DL is provided in the negative feedback loop of the ideal diode circuit.

遅延回路DLは赤外線の入射に応じて変化したダイオードの順方向電圧が所定期間保たれるように差動増幅器の反転入力端子の電位を調整する役割を果たす。この遅延回路DLは電位Voutの変化を(抵抗器604の抵抗値R)×(容量605の容量値C)により定まる期間(すなわち所定期間RC)だけ遅延させて差動増幅器603の反転入力端子に伝達する。   The delay circuit DL plays a role of adjusting the potential of the inverting input terminal of the differential amplifier so that the forward voltage of the diode changed in response to the incidence of infrared rays is maintained for a predetermined period. The delay circuit DL delays a change in the potential Vout by a period determined by (resistance value R of the resistor 604) × (capacitance value C of the capacitor 605) (that is, a predetermined period RC), and applies it to the inverting input terminal of the differential amplifier 603. introduce.

具体的に説明すると、まずダイオードの順方向電圧が変化する。次に水平走査回路307は検出器500ごとにノードN2の電位Voutの変化を読み取り外部に信号を出力する。このときノードN2の電位変化は遅延回路DLには伝達されるものの、差動増幅器603の反転入力端子には伝達していない。そして差動増幅器603の反転入力端子に、(抵抗値R)×(容量値C)により定まる期間RCだけ遅延してノードN2の電位変化が伝達する。   More specifically, first, the forward voltage of the diode changes. Next, the horizontal scanning circuit 307 reads the change in the potential Vout of the node N2 for each detector 500 and outputs a signal to the outside. At this time, the potential change of the node N2 is transmitted to the delay circuit DL, but not transmitted to the inverting input terminal of the differential amplifier 603. Then, the potential change at the node N2 is transmitted to the inverting input terminal of the differential amplifier 603 with a delay of a period RC determined by (resistance value R) × (capacitance value C).

このとき差動増幅器603の非反転入力端子と反転入力端子との間の電位差がなくなるように差動増幅器603の出力電位(電位VA)が変化する。よって、ノードN2の電位Voutは元の状態、すなわち電源電位Vccに等しくなる。   At this time, the output potential (potential VA) of the differential amplifier 603 changes so that the potential difference between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier 603 is eliminated. Therefore, the potential Vout of the node N2 becomes equal to the original state, that is, the power supply potential Vcc.

以上のように遅延回路DLによって、図1の水平走査回路307が電位Voutの変化を検出した後に電位Voutが電源電位Vccと等しくなるようにノードN1,N2の電位変化を調整することができる。そのためには遅延回路DLにおける遅延時間が検出器アレイ302中の全画素を1スキャンする時間と等しくなることが望ましい。抵抗値Rと容量値Cとの積を適切に定めることでこのような調整が可能になる。   As described above, the delay circuit DL can adjust the potential change of the nodes N1 and N2 so that the potential Vout becomes equal to the power supply potential Vcc after the horizontal scanning circuit 307 in FIG. 1 detects the change of the potential Vout. For this purpose, it is desirable that the delay time in the delay circuit DL is equal to the time for scanning all the pixels in the detector array 302 one time. Such adjustment is possible by appropriately determining the product of the resistance value R and the capacitance value C.

続いて、図9から図15を示しながら、実施の形態1に係る赤外線センサの製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the infrared sensor according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.

図9から図15は、検出器500の第1の製造工程から第7の製造工程をそれぞれ示す図である。   9 to 15 are diagrams showing the first to seventh manufacturing steps of the detector 500, respectively.

まず、図9に示すように、基板301上にシリコン酸化膜層801、シリコン層802を順次積層した、いわゆるSOI(Silicon On Insulator)基板が準備される。次に、図10に示すようにLOCOS(Local Oxidation of Silicon)分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜805を形成する。   First, as shown in FIG. 9, a so-called SOI (Silicon On Insulator) substrate in which a silicon oxide film layer 801 and a silicon layer 802 are sequentially stacked on a substrate 301 is prepared. Next, as shown in FIG. 10, an isolation oxide film 805 is formed at a predetermined position by LOCOS (Local Oxidation of Silicon) isolation method or trench isolation method.

続いて図11に示すように、基板301あるいはシリコン層802にダイオード、トランジスタ、抵抗、容量等の回路素子を形成する。これによりシリコン層802には図2の検知膜510(図6のPN接合ダイオード601)や図6の差動増幅器603、抵抗器604、容量605等が形成される。このようにシリコン層802には様々な素子が形成さ
れるが、説明の便宜のために図12から図15の説明においてはシリコン層802には検知膜510が形成されるものとして示す。
Subsequently, as shown in FIG. 11, circuit elements such as diodes, transistors, resistors, and capacitors are formed on the substrate 301 or the silicon layer 802. As a result, the detection film 510 in FIG. 2 (PN junction diode 601 in FIG. 6), the differential amplifier 603, the resistor 604, the capacitor 605, and the like in FIG. 6 are formed in the silicon layer 802. As described above, various elements are formed in the silicon layer 802. For convenience of explanation, in the description of FIGS. 12 to 15, it is assumed that the detection layer 510 is formed on the silicon layer 802.

続いて図12に示すように、分離酸化膜805および検知膜510の全面を覆うように絶縁膜806を堆積する。シリコン酸化膜層801、分離酸化膜805および絶縁膜806からなる絶縁膜を図13から図15では絶縁膜807と示す。図13に示すように絶縁膜807に金属配線501を形成する。次に金属配線501上に保護膜509を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 12, an insulating film 806 is deposited so as to cover the entire surfaces of the isolation oxide film 805 and the detection film 510. An insulating film including the silicon oxide film layer 801, the isolation oxide film 805, and the insulating film 806 is shown as an insulating film 807 in FIGS. As shown in FIG. 13, a metal wiring 501 is formed in the insulating film 807. Next, a protective film 509 is formed on the metal wiring 501.

続いて図14に示すように、絶縁膜807の所定の位置にエッチング孔508を開口する。これにより絶縁膜807の一部が支持脚505として形成される。このときエッチング孔508は図2に示すように点対称に形成される。次にシリコンから成る犠牲層808を堆積して、犠牲層808の上に傘構造507を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 14, an etching hole 508 is opened at a predetermined position of the insulating film 807. Thereby, a part of the insulating film 807 is formed as the support leg 505. At this time, the etching holes 508 are formed point-symmetrically as shown in FIG. Next, a sacrificial layer 808 made of silicon is deposited, and an umbrella structure 507 is formed on the sacrificial layer 808.

続いて図15に示すように、エッチング孔508から例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して犠牲層808を除去するとともに基板301の内部に凹部506を形成する。保護膜509は犠牲層808を除去する際のエッチング処理時あるいは検出器500の完成後に周囲環境から受けるストレス(たとえば湿度や何らかの物理的接触)からダイオードや抵抗器等の素子等を保護する働きをする。このようにして検出器500を搭載した図1の赤外線センサ300が完成する。検出器500は、絶縁膜から成る支持脚505によって中空に浮いた状態で保持される検出部504および傘構造507を備える。   Subsequently, as shown in FIG. 15, an etchant such as xenon fluoride is introduced from the etching hole 508 to remove the sacrificial layer 808 and form a recess 506 inside the substrate 301. The protective film 509 functions to protect elements such as a diode and a resistor from the stress (for example, humidity or some physical contact) received from the surrounding environment during the etching process when removing the sacrificial layer 808 or after the detector 500 is completed. To do. In this way, the infrared sensor 300 of FIG. 1 equipped with the detector 500 is completed. The detector 500 includes a detection unit 504 and an umbrella structure 507 that are held in a hollow state by a support leg 505 made of an insulating film.

以上のように実施の形態1によれば、直列に複数個接続したPN接合ダイオードを差動増幅器に接続した理想ダイオード回路を検出器内に構成する。これにより、順方向の抵抗が無限小に近くなるので雑音電圧を従来よりも小さくできる。   As described above, according to the first embodiment, an ideal diode circuit in which a plurality of PN junction diodes connected in series are connected to a differential amplifier is configured in the detector. As a result, the resistance in the forward direction is almost infinitely small, so that the noise voltage can be made smaller than before.

また、実施の形態1によれば逆方向の抵抗が無限大に近くなるので、逆方向電流による電力損失を小さくすることができる。   Further, according to the first embodiment, the resistance in the reverse direction is close to infinity, so that the power loss due to the reverse current can be reduced.

また、実施の形態1によれば、差動増幅器の非反転入力電位と、理想ダイオード回路の出力電位とが等しくなるので検出器アレイの出力分布を小さくすることができる。   Further, according to the first embodiment, the non-inverting input potential of the differential amplifier is equal to the output potential of the ideal diode circuit, so that the output distribution of the detector array can be reduced.

[実施の形態2]
実施の形態2の赤外線センサの構成は図1に示す赤外線センサ300の構成と同じである。また、実施の形態2の赤外線センサが備える検出器の平面図および断面図は、図2および図3とそれぞれ同じである。よって実施の形態2の赤外線センサの構成について以後の説明は繰り返さない。
[Embodiment 2]
The configuration of the infrared sensor of the second embodiment is the same as the configuration of the infrared sensor 300 shown in FIG. Moreover, the top view and sectional drawing of the detector with which the infrared sensor of Embodiment 2 is provided are the same as FIG. 2 and FIG. 3, respectively. Therefore, the subsequent description of the configuration of the infrared sensor of Embodiment 2 will not be repeated.

また、実施の形態2の赤外線センサにおける赤外線の検出原理は、実施の形態1と同じであるので以後の説明は繰り返さない。   Further, since the infrared detection principle of the infrared sensor of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the following description will not be repeated.

図16は、実施の形態2の赤外線センサに含まれる検出器の回路図である。
図16および図6を参照して、検出器500Bは、抵抗器604および容量605に代えて、差動増幅器603の出力端子とノードN1との間に設けられるサンプルホールド回路SHを含む点で検出器500と異なる。検出器500Bの他の部分は検出器500と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
FIG. 16 is a circuit diagram of a detector included in the infrared sensor of the second embodiment.
Referring to FIGS. 16 and 6, detector 500 </ b> B is detected in that it includes a sample and hold circuit SH provided between the output terminal of differential amplifier 603 and node N <b> 1 instead of resistor 604 and capacitor 605. Different from the vessel 500. Since other parts of detector 500B are similar to detector 500, the following description will not be repeated.

サンプルホールド回路SHは、スイッチ606と、バッファアンプ607と、容量608とを含む。スイッチ606は、差動増幅器603の出力端子とノードN3との間に設けられる。スイッチ606はたとえばトランジスタからなる。バッファアンプ607は入力
端子がノードN3に接続されて出力端子がノードN1に接続される。容量608はノードN3と接地ノードとの間に接続される。
The sample hold circuit SH includes a switch 606, a buffer amplifier 607, and a capacitor 608. The switch 606 is provided between the output terminal of the differential amplifier 603 and the node N3. The switch 606 is made of a transistor, for example. Buffer amplifier 607 has an input terminal connected to node N3 and an output terminal connected to node N1. Capacitor 608 is connected between node N3 and the ground node.

図17は、サンプルホールド回路の入力電位の波形と出力電位の波形とを示す一般的な図である。   FIG. 17 is a general diagram showing the waveform of the input potential and the waveform of the output potential of the sample and hold circuit.

図17を参照して、出力電位(電位Vo)は、時刻t1から時刻t2までの期間、時刻t1における入力電位(電位Vin)に等しいまま保たれる。時刻t2〜t8におけるサンプルホールド回路の動作も時刻t1,t2における動作と同様である。   Referring to FIG. 17, the output potential (potential Vo) is kept equal to the input potential (potential Vin) at time t1 during the period from time t1 to time t2. The operation of the sample and hold circuit at times t2 to t8 is similar to the operation at times t1 and t2.

実施の形態1と同様に、実施の形態2において検出器500Bは理想ダイオード回路を構成する。よって実施の形態2の赤外線センサは雑音電圧を従来よりも小さくできる。また実施の形態2の赤外線センサは、逆方向電流による電力損失を小さくすることができる。また実施の形態2の赤外線センサは、検出器アレイの出力分布を小さくすることができる。   Similar to the first embodiment, in the second embodiment, the detector 500B constitutes an ideal diode circuit. Therefore, the infrared sensor of the second embodiment can make the noise voltage smaller than the conventional one. Moreover, the infrared sensor of Embodiment 2 can reduce power loss due to reverse current. In addition, the infrared sensor of the second embodiment can reduce the output distribution of the detector array.

図18は、図16の検出器500Bの動作の具体例を示す図である。
図18を参照して、ノードN2の電位Voutと、ノードN1の電位VAと、スイッチ606に入力されるサンプルパルスとの各々についての時間変化を示す。期間T1,T2は図16のスイッチ606がそれぞれ導通状態、非導通状態である期間を示す。期間T1,T2はそれぞれサンプリング期間およびホールド期間を意味する。また、電位Voutは差動増幅器603の反転入力端子の電位に等しい。
FIG. 18 is a diagram illustrating a specific example of the operation of the detector 500B of FIG.
Referring to FIG. 18, changes over time are shown for each of the potential Vout of the node N 2, the potential VA of the node N 1, and the sample pulse input to the switch 606. Periods T1 and T2 indicate periods in which the switch 606 in FIG. 16 is in a conductive state and a non-conductive state, respectively. Periods T1 and T2 mean a sampling period and a hold period, respectively. The potential Vout is equal to the potential of the inverting input terminal of the differential amplifier 603.

サンプルホールド回路SHは赤外線の入射に応じて変化したダイオードの順方向電圧が所定期間保たれるようにノードN1の電位を調整する役割を果たす。なお図18の期間T2がこの「所定期間」に対応する。   The sample hold circuit SH plays a role of adjusting the potential of the node N1 so that the forward voltage of the diode changed in response to the incidence of infrared rays is maintained for a predetermined period. The period T2 in FIG. 18 corresponds to this “predetermined period”.

実施の形態2においてサンプルホールド回路SHが設けられていないとして、温度変化が生じたと仮定する。このときノードN2の電位Voutが変化しても、即時に、電位Voutは電源電位Vccと等しくなる。このため図1の水平走査回路307はダイオードの順方向電圧の変化、すなわち電位Voutの変化を読み出すことができない。   Assume that a temperature change has occurred, assuming that the sample-and-hold circuit SH is not provided in the second embodiment. At this time, even if the potential Vout of the node N2 changes, the potential Vout immediately becomes equal to the power supply potential Vcc. Therefore, the horizontal scanning circuit 307 in FIG. 1 cannot read the change in the forward voltage of the diode, that is, the change in the potential Vout.

しかし本実施の形態においては差動増幅器603と、直列に複数個接続したPN接合ダイオード601との間にサンプルホールド回路SHが設けられる。サンプルホールド回路はある瞬間におけるアナログ信号の値を採取して、その値をそのまましばらく保持する、という機能を持つ。よって実施の形態2によれば図1の水平走査回路307が電位Voutの変化を検出した後に、電位Voutが電源電位Vccと等しくなるようにノードN1,N2の電位変化を調整することができる。具体的にはサンプルホールド回路SHにおけるサンプルパルスの時間間隔(図18の期間T2)が、図1の検出器アレイ302中の全画素を1スキャンする時間と等しくなるように設定すればよい。   However, in this embodiment, a sample and hold circuit SH is provided between the differential amplifier 603 and a plurality of PN junction diodes 601 connected in series. The sample and hold circuit has a function of collecting an analog signal value at a certain moment and holding the value for a while. Therefore, according to the second embodiment, after the horizontal scanning circuit 307 in FIG. 1 detects the change in the potential Vout, the potential change of the nodes N1 and N2 can be adjusted so that the potential Vout becomes equal to the power supply potential Vcc. Specifically, the time interval of the sample pulses in the sample hold circuit SH (period T2 in FIG. 18) may be set to be equal to the time for scanning all the pixels in the detector array 302 in FIG.

実施の形態1では必要となる遅延時間を実現するための抵抗器604の抵抗値Rと容量605の容量値Cとを調節する必要がある。しかし実施の形態2においては抵抗器604が不要になるため容量値Cを調節するだけで済む。またスイッチ606を用いるのでタイミングの調節が容易である。   In the first embodiment, it is necessary to adjust the resistance value R of the resistor 604 and the capacitance value C of the capacitor 605 for realizing the required delay time. However, since the resistor 604 is not necessary in the second embodiment, it is only necessary to adjust the capacitance value C. In addition, since the switch 606 is used, timing adjustment is easy.

なお実施の形態2の赤外線センサの製造方法は、図9〜15に示す製造方法と同様であるので以後の説明は繰り返さない。   The manufacturing method of the infrared sensor according to the second embodiment is the same as the manufacturing method shown in FIGS.

以上のように実施の形態2によれば、理想ダイオード回路(検出器)にサンプルホール
ド回路を追加することにより、ダイオードの順方向電圧の変化の読み出しが完了するまで、その順方向電圧を保つことが可能になる。
As described above, according to the second embodiment, by adding the sample hold circuit to the ideal diode circuit (detector), the forward voltage is maintained until the reading of the change in the forward voltage of the diode is completed. Is possible.

[実施の形態3]
実施の形態3の赤外線センサの構成は図1に示す赤外線センサ300の構成と同じである。また、実施の形態3の赤外線センサの検出器の平面図および断面図は、図2および図3とそれぞれ同じである。よって、実施の形態3の赤外線センサの構成について以後の説明は繰り返さない。また、実施の形態3の赤外線センサの検出器が赤外線を検出する基本原理は、実施の形態1と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
[Embodiment 3]
The configuration of the infrared sensor of the third embodiment is the same as that of the infrared sensor 300 shown in FIG. Further, the plan view and the cross-sectional view of the detector of the infrared sensor according to Embodiment 3 are the same as those in FIGS. Therefore, the subsequent description of the configuration of the infrared sensor according to Embodiment 3 will not be repeated. The basic principle that the detector of the infrared sensor according to the third embodiment detects infrared rays is the same as that of the first embodiment, and therefore the following description will not be repeated.

図19は、実施の形態3の赤外線センサに含まれる検出器の回路図である。
図19および図6を参照して、検出器500Cは、抵抗器604に代えてスイッチ606を含む点で検出器500と異なるが他の部分は検出器500と同様であるので以後の説明は繰り返さない。スイッチ606は差動増幅器603の反転入力端子とノードN2との間に設けられる。容量605は差動増幅器603の反転入力端子と接地ノードとの間に設けられる。なお、容量605と、スイッチ606とは本発明における「調整回路」を構成する。また、差動増幅器603と、容量605と、スイッチ606とはサンプルホールド回路を構成する。
FIG. 19 is a circuit diagram of a detector included in the infrared sensor of the third embodiment.
Referring to FIGS. 19 and 6, detector 500C is different from detector 500 in that switch 606 is included in place of resistor 604, but the other parts are the same as detector 500, so that the following description will be repeated. Absent. The switch 606 is provided between the inverting input terminal of the differential amplifier 603 and the node N2. The capacitor 605 is provided between the inverting input terminal of the differential amplifier 603 and the ground node. Note that the capacitor 605 and the switch 606 form an “adjustment circuit” in the present invention. The differential amplifier 603, the capacitor 605, and the switch 606 constitute a sample and hold circuit.

実施の形態1と同様に、実施の形態3において検出器500Cは理想ダイオード回路を構成する。このため実施の形態3の赤外線センサは、雑音電圧を従来よりも小さくできる。また、実施の形態3の赤外線センサは、逆方向電流による電力損失を小さくすることができる。また、実施の形態3の赤外線センサは、検出器アレイの出力分布を小さくすることができる。   Similar to the first embodiment, in the third embodiment, the detector 500C constitutes an ideal diode circuit. For this reason, the infrared sensor of Embodiment 3 can make a noise voltage smaller than before. Moreover, the infrared sensor of Embodiment 3 can reduce power loss due to reverse current. Moreover, the infrared sensor of Embodiment 3 can reduce the output distribution of the detector array.

検出器500Cは、差動増幅器603の負帰還ループに容量605およびスイッチ606が設けられたサンプルホールド回路を有する点で図16の検出器500Bと異なる。検出器500Cにおけるサンプルホールド回路の作用および効果は図16のサンプルホールド回路SHと同様である。また、検出器500Cの動作波形は図18に示す動作波形と同様になるので以後の説明は繰り返さない。なお実施の形態2と同様に期間T2は本発明における「所定期間」に対応する。   Detector 500C differs from detector 500B in FIG. 16 in that it includes a sample-and-hold circuit in which capacitor 605 and switch 606 are provided in the negative feedback loop of differential amplifier 603. The operation and effect of the sample and hold circuit in the detector 500C are the same as those of the sample and hold circuit SH in FIG. Since the operation waveform of detector 500C is the same as that shown in FIG. 18, the following description will not be repeated. As in the second embodiment, the period T2 corresponds to the “predetermined period” in the present invention.

実施の形態3においても、実施の形態2と同様に、サンプルホールド回路SHにおけるサンプルパルスの時間間隔(図18の期間T2)が図1の検出器アレイ302中の全画素を1スキャンする時間と等しくなるように設定する。これにより、実施の形態3においても、図1の水平走査回路307がノードN2の電位Voutの変化を読み取った後で、電位Voutを電位Vccと等しくなるように調節することができる。   Also in the third embodiment, as in the second embodiment, the time interval of the sample pulses in the sample hold circuit SH (period T2 in FIG. 18) is a time for scanning all the pixels in the detector array 302 in FIG. Set to be equal. Thereby, also in the third embodiment, the potential Vout can be adjusted to be equal to the potential Vcc after the horizontal scanning circuit 307 in FIG. 1 reads the change in the potential Vout of the node N2.

実施の形態2では、スイッチ606がオフしてからオンするまでの期間に、直列に接続した複数のPN接合ダイオード601間の電圧を保持できる程度の容量値が容量608に求められる。しかし、差動増幅器603の入力インピーダンスが無限大であることから、図19の容量605の容量値は図18の容量608の容量値より小さくすることができる。これにより、たとえば容量605の面積を小さくすることができるので、図1の赤外線センサ300を高集積化できる。 In the second embodiment, a capacitance value that can hold the voltage between the plurality of PN junction diodes 601 connected in series is required for the capacitor 608 during a period from when the switch 606 is turned off to when it is turned on. However, since the input impedance of the differential amplifier 603 is infinite, the capacitance value of the capacitor 605 in FIG. 19 can be made smaller than the capacitance value of the capacitor 608 in FIG. Thereby, for example, since the area of the capacitor 605 can be reduced, the infrared sensor 300 of FIG. 1 can be highly integrated.

また、実施の形態3の赤外線センサの製造方法は、図9〜15に示す製造方法と同様であるので以後の説明は繰り返さない。   Moreover, since the manufacturing method of the infrared sensor of Embodiment 3 is the same as that of the manufacturing method shown in FIGS. 9-15, subsequent description is not repeated.

以上のように、実施の形態3によれば、理想ダイオード回路(検出器)にサンプルホールド回路を追加することにより、ダイオードの順方向電圧の変化の読み出しが完了するま
で、その順方向電圧を保つことが可能になる。
As described above, according to the third embodiment, by adding the sample hold circuit to the ideal diode circuit (detector), the forward voltage is maintained until reading of the change in the forward voltage of the diode is completed. It becomes possible.

なお、本発明の赤外線センサにおいて、複数の検出器の配置は図1に示す行列状であるとは限定されるものではない。   In the infrared sensor of the present invention, the arrangement of the plurality of detectors is not limited to the matrix shown in FIG.

図20は、複数の検出器の配置の別例を示す図である。
図20を参照して、複数の検出器500は1次元に配置される。なお複数の検出器500の配置は図1や図20に示す配置以外にも様々な配置が可能である。
FIG. 20 is a diagram illustrating another example of the arrangement of a plurality of detectors.
Referring to FIG. 20, a plurality of detectors 500 are arranged in one dimension. Various arrangements of the plurality of detectors 500 are possible in addition to the arrangements shown in FIGS. 1 and 20.

また、本発明の赤外線センサは赤外線撮像を行なうという用途に限定されるものではなく、たとえば一般的な赤外線センサとしても適用可能である。   Further, the infrared sensor of the present invention is not limited to the use of performing infrared imaging, and can be applied as, for example, a general infrared sensor.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態1の赤外線センサの概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an infrared sensor according to Embodiment 1. FIG. 図1の検出器500の平面図である。It is a top view of the detector 500 of FIG. 図2におけるIII−III方向の断面図である。It is sectional drawing of the III-III direction in FIG. 従来の赤外線センサに含まれる検出器の等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the detector contained in the conventional infrared sensor. ダイオードの電圧−電流特性の温度依存性を一般的に示す図である。It is a figure which shows generally the temperature dependence of the voltage-current characteristic of a diode. 図1から図3の検出器500の等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the detector 500 of FIGS. 1 to 3. 理想ダイオードおよび通常のダイオードの電圧−電流特性を一般的に示す図である。It is a figure which shows generally the voltage-current characteristic of an ideal diode and a normal diode. 理想ダイオードの入力電位の波形と出力電位の波形との関係を一般的に示す図である。It is a figure which shows generally the relationship between the waveform of the input potential of an ideal diode, and the waveform of an output potential. 検出器500の第1の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a first manufacturing process of the detector 500. 検出器500の第2の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a second manufacturing process of the detector 500. 検出器500の第3の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a third manufacturing process of the detector 500. 検出器500の第4の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 4th manufacturing process of the detector. 検出器500の第5の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 5th manufacturing process of the detector. 検出器500の第6の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 6th manufacturing process of the detector 500. FIG. 検出器500の第7の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the 7th manufacturing process of the detector. 実施の形態2の赤外線センサに含まれる検出器の回路図である。6 is a circuit diagram of a detector included in the infrared sensor of Embodiment 2. FIG. サンプルホールド回路の入力電位の波形と出力電位の波形とを示す一般的な図である。It is a general diagram showing a waveform of an input potential and an output potential of a sample and hold circuit. 図16の検出器500Bの動作の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of operation | movement of the detector 500B of FIG. 実施の形態3の赤外線センサに含まれる検出器の回路図である。6 is a circuit diagram of a detector included in an infrared sensor according to Embodiment 3. FIG. 複数の検出器の配置の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of arrangement | positioning of a some detector.

符号の説明Explanation of symbols

300 赤外線センサ、301 基板、302 検出器アレイ、303 駆動線、304 信号線、305 信号処理回路、306 垂直走査回路、307 水平走査回路、500,500A〜500C 検出器、501 金属配線、504 検出部、505 支持脚、506 凹部、507 傘構造、508 エッチング孔、509 保護膜、510 検知膜、601 PN接合ダイオード、602 定電流源、603 差動増幅器、604
抵抗器、605,608 容量、606 スイッチ、607 バッファアンプ、801
シリコン酸化膜層、802 シリコン層、805 分離酸化膜、806,807 絶縁
膜、808 犠牲層、DL 遅延回路、N1〜N3 ノード、SH サンプルホールド回路。
300 infrared sensor, 301 substrate, 302 detector array, 303 drive line, 304 signal line, 305 signal processing circuit, 306 vertical scanning circuit, 307 horizontal scanning circuit, 500, 500A to 500C detector, 501 metal wiring, 504 detector , 505 Support leg, 506 recess, 507 umbrella structure, 508 etching hole, 509 protective film, 510 detection film, 601 PN junction diode, 602 constant current source, 603 differential amplifier, 604
Resistor, 605, 608 capacity, 606 switch, 607 buffer amplifier, 801
Silicon oxide film layer, 802 silicon layer, 805 isolation oxide film, 806, 807 insulating film, 808 sacrificial layer, DL delay circuit, N1-N3 node, SH sample hold circuit.

Claims (3)

赤外線センサであって、
赤外線を検出する複数の検出器を備え、
前記複数の検出器の各々は、
第1のノードから第2のノードへの向きが順方向となるように前記第1および第2のノードの間に電気的に接続されて、前記赤外線の入射に応じて順方向電圧を変化させる、少なくとも1つのダイオードと、
前記第2のノードから定電流を引き抜く定電流源と、
定電位と前記第2のノードから出力される信号電位との電位差に応じて定まる電位を前記第1のノードに与える差動増幅器とを含み、
前記差動増幅器は、
前記定電位が結合される第1の入力端子と、
前記信号電位が帰還して与えられる第2の入力端子とを有し、
前記赤外線センサは、
前記赤外線の入射に応じて変化した前記順方向電圧が所定期間保たれるように、前記第1のノードの電位または前記第2の入力端子の電位を調整する調整回路をさらに備え、
前記調整回路は、前記差動増幅器の出力端子と前記第1のノードとの間に設けられて、前記所定期間が経過するまで、前記第1のノードの電位を、前記順方向電圧の変化開始時のままに保つサンプルホールド回路である、赤外線センサ。
An infrared sensor,
It has multiple detectors that detect infrared rays,
Each of the plurality of detectors is
It is electrically connected between the first and second nodes so that the direction from the first node to the second node is the forward direction, and the forward voltage is changed according to the incidence of the infrared rays. At least one diode;
A constant current source for drawing a constant current from the second node;
Look including a differential amplifier for applying a potential determined in accordance with the potential difference between the signal potential output a constant voltage from said second node to said first node,
The differential amplifier is
A first input terminal to which the constant potential is coupled;
A second input terminal to which the signal potential is fed back and provided;
The infrared sensor is
An adjustment circuit that adjusts the potential of the first node or the potential of the second input terminal so that the forward voltage changed according to the incidence of the infrared rays is maintained for a predetermined period;
The adjustment circuit is provided between the output terminal of the differential amplifier and the first node, and starts changing the forward voltage until the predetermined period elapses. Infrared sensor , a sample and hold circuit that keeps time .
赤外線センサであって、
赤外線を検出する複数の検出器を備え、
前記複数の検出器の各々は、
第1のノードから第2のノードへの向きが順方向となるように前記第1および第2のノードの間に電気的に接続されて、前記赤外線の入射に応じて順方向電圧を変化させる、少なくとも1つのダイオードと、
前記第2のノードから定電流を引き抜く定電流源と、
定電位と前記第2のノードから出力される信号電位との電位差に応じて定まる電位を前記第1のノードに与える差動増幅器とを含み、
前記差動増幅器は、
前記定電位が結合される第1の入力端子と、
前記信号電位が帰還して与えられる第2の入力端子とを有し、
前記赤外線センサは、
前記赤外線の入射に応じて変化した前記順方向電圧が所定期間保たれるように、前記第1のノードの電位または前記第2の入力端子の電位を調整する調整回路をさらに備え、
前記調整回路は、
前記第2のノードと前記第2の入力端子との間に設けられるスイッチと、
前記第2の入力端子に一方端が接続され、接地ノードに他方端が接続される容量とを含む、赤外線センサ。
An infrared sensor,
It has multiple detectors that detect infrared rays,
Each of the plurality of detectors is
It is electrically connected between the first and second nodes so that the direction from the first node to the second node is the forward direction, and the forward voltage is changed according to the incidence of the infrared rays. At least one diode;
A constant current source for drawing a constant current from the second node;
A differential amplifier that provides the first node with a potential determined according to a potential difference between a constant potential and a signal potential output from the second node;
The differential amplifier is
A first input terminal to which the constant potential is coupled;
A second input terminal to which the signal potential is fed back and provided;
The infrared sensor is
An adjustment circuit that adjusts the potential of the first node or the potential of the second input terminal so that the forward voltage changed according to the incidence of the infrared rays is maintained for a predetermined period;
The adjustment circuit includes:
A switch provided between the second node and the second input terminal;
An infrared sensor including a capacitor having one end connected to the second input terminal and the other end connected to a ground node .
前記複数の検出器は、行列状に配置され、
前記赤外線センサは、
前記複数の検出器の各行に対応してそれぞれ配置されて、対応する行において、複数の前記第1の入力端子が共通に接続される、複数の駆動線と、
前記複数の検出器の各列に対応して配置されて、対応する列において複数の前記第2のノードが共通に接続される、複数の信号線と、
前記複数の駆動線を順次選択して、選択した駆動線に前記定電位を印加する垂直走査回路と、
前記複数の信号線を順次選択して、選択した信号線における前記信号電位の変化を読み取る水平走査回路とをさらに備える、請求項1または2に記載の赤外線センサ。
The plurality of detectors are arranged in a matrix,
The infrared sensor is
A plurality of drive lines which are respectively arranged corresponding to the respective rows of the plurality of detectors, and in which the plurality of first input terminals are connected in common;
A plurality of signal lines arranged corresponding to each column of the plurality of detectors, wherein the plurality of second nodes are connected in common in the corresponding column;
A vertical scanning circuit that sequentially selects the plurality of drive lines and applies the constant potential to the selected drive lines;
Wherein the plurality of sequentially selects the signal line, further comprising a horizontal scanning circuit for reading a change of the signal potential in the selected signal lines, infrared sensor according to claim 1 or 2.
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