JP4816210B2 - Infrared detector - Google Patents
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Description
本発明は、入射赤外光を電気信号に変換する複数の赤外線検出素子を利用して被写体の温度分布を撮像する赤外線検出装置に関する。 The present invention relates to an infrared detection apparatus that images a temperature distribution of a subject using a plurality of infrared detection elements that convert incident infrared light into an electrical signal.
従来、複数の赤外線検出素子を並べて配置することで、被写体の温度分布をリアルタイムに検出する赤外線検出装置が広く知られている。このような赤外線検出装置において、いずれかの検出素子が内部断線などの原因によって正常に動作しない欠陥素子となることにより、その欠陥素子から正しい出力信号が得られないことがある。そこで、こうした欠陥素子からの出力信号を補完して被写体の正しい温度分布を検出する方法として、特許文献1に開示されるような方法が知られている。この方法では、ミラーやプリズムを動かして2次元配列された赤外線検出素子への入射角を切り替えることで、2つの異なる入射角での受光動作を行い、その両入射角での出力信号値をメモリに記憶しておく。欠陥素子がある場合は、一方の入射角において欠陥素子から出力された信号値を、他方の入射角において対応する位置にある正常な素子から出力された信号値によって置き換えることで、欠陥素子からの出力信号を補完する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an infrared detection device that detects a temperature distribution of a subject in real time by arranging a plurality of infrared detection elements side by side is widely known. In such an infrared detection device, if any one of the detection elements becomes a defective element that does not operate normally due to an internal disconnection or the like, a correct output signal may not be obtained from the defective element. Therefore, a method disclosed in
特許文献1に開示される方法では、入射角を切り替えるためのミラーやプリズム、ミラーやプリズムを動かすための機構部、および出力信号値を記憶するためのメモリなど、通常の赤外線検出装置では用いられない特別なハードウェア構成を必要とする。しかし、こうした欠陥素子からの出力信号を補完するための特別なハードウェア構成を赤外線検出装置に追加すると、装置の大型化や高コスト化の原因となる。
The method disclosed in
本発明による赤外線検出装置は、半導体基板上に配列された複数の赤外線検出素子と、複数の赤外線検出素子を順次選択する走査選択手段と、走査選択手段により選択された赤外線検出素子、または走査選択手段により選択された赤外線検出素子に隣接する赤外線検出素子のいずれかと接続され、接続された赤外線検出素子からその入射赤外線強度に応じて出力される検出信号を外部に出力する信号出力線と、走査選択手段により選択された赤外線検出素子から出力された検出信号を所定のしきい値と比較して、しきい値以上である場合は第1の信号を出力し、しきい値未満である場合は第2の信号を出力する信号判定スイッチと、信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子を信号出力線に接続し、信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子と信号出力線の接続を遮断する第1の信号選択スイッチと、信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子を信号出力線に接続し、信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子と信号出力線の接続を遮断する第2の信号選択スイッチと、信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか他方の側に隣接する赤外線検出素子を信号出力線に接続し、信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか他方の側に隣接する赤外線検出素子と信号出力線の接続を遮断する第3の信号選択スイッチとを備え、走査選択手段によりいずれかの赤外線検出素子を選択したときに信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合は、当該赤外線検出素子から出力された検出信号に替えて、当該赤外線検出素子の両側に隣接し、第2の信号選択スイッチおよび第3の信号選択スイッチによって信号出力線にそれぞれ接続された赤外線検出素子から出力された検出信号を平均して出力することで、当該赤外線検出素子からの検出信号を補完するものである。
本発明による他の赤外線検出装置は、半導体基板上に配列された複数の赤外線検出素子と、複数の赤外線検出素子を順次選択する走査選択手段と、走査選択手段により選択された赤外線検出素子、または走査選択手段により選択された赤外線検出素子に隣接する赤外線検出素子のいずれかと接続され、接続された赤外線検出素子からその入射赤外線強度に応じて出力される検出信号を外部に出力する信号出力線と、走査選択手段により選択された赤外線検出素子から出力された検出信号を所定のしきい値と比較して、しきい値以上である場合は第1の信号を出力し、しきい値未満である場合は第2の信号を出力する信号判定スイッチと、信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子を信号出力線に接続し、信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子と信号出力線の接続を遮断する第1の信号選択スイッチと、信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子を信号出力線に接続し、信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子と信号出力線の接続を遮断する第2の信号選択スイッチとを備え、走査選択手段によりいずれかの赤外線検出素子を選択したときに信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合は、当該赤外線検出素子から出力された検出信号に替えて、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接し、第2の信号選択スイッチによって信号出力線に接続された赤外線検出素子から出力された検出信号を出力することで、当該赤外線検出素子からの検出信号を補完するものである。
An infrared detection apparatus according to the present invention includes a plurality of infrared detection elements arranged on a semiconductor substrate, a scan selection unit that sequentially selects the plurality of infrared detection elements, an infrared detection element selected by the scan selection unit , or a scan selection. A signal output line that is connected to one of the infrared detection elements adjacent to the infrared detection element selected by the means and outputs a detection signal output from the connected infrared detection element according to the intensity of the incident infrared rays; and scanning The detection signal output from the infrared detection element selected by the selection means is compared with a predetermined threshold value. When the detection signal is equal to or greater than the threshold value, the first signal is output. When the first signal is output from the signal determination switch that outputs the second signal and the signal determination switch, the infrared detection element is connected to the signal output line, and the signal determination switch When the second signal is output from the switch, the infrared signal is output when the second signal is output from the first signal selection switch that cuts off the connection between the infrared detection element and the signal output line. When the infrared detection element adjacent to one side of the detection element is connected to the signal output line and the first signal is output from the signal determination switch, the infrared ray adjacent to either side of the infrared detection element When the second signal is output from the second signal selection switch that cuts off the connection between the detection element and the signal output line and the signal determination switch, the infrared detection element adjacent to the other side of the infrared detection element is When connected to the signal output line and the first signal is output from the signal determination switch, the connection between the infrared detection element adjacent to the other side of the infrared detection element and the signal output line is cut off. And when a second signal is output from the signal determination switch when any one of the infrared detection elements is selected by the scanning selection means, the detection signal output from the infrared detection element Instead, the detection signals output from the infrared detection elements adjacent to both sides of the infrared detection element and connected to the signal output line by the second signal selection switch and the third signal selection switch are averaged and output. By doing so, the detection signal from the said infrared detection element is complemented.
Another infrared detection apparatus according to the present invention includes a plurality of infrared detection elements arranged on a semiconductor substrate, scanning selection means for sequentially selecting the plurality of infrared detection elements, and infrared detection elements selected by the scanning selection means, or A signal output line connected to any one of the infrared detection elements adjacent to the infrared detection element selected by the scanning selection means, and outputting a detection signal output from the connected infrared detection element in accordance with the intensity of the incident infrared rays; The detection signal output from the infrared detection element selected by the scanning selection means is compared with a predetermined threshold value, and if it is equal to or greater than the threshold value, the first signal is output and is less than the threshold value. If the first signal is output from the signal determination switch that outputs the second signal and the signal determination switch, the infrared detection element is connected to the signal output line, When the second signal is output from the switch, the infrared signal is detected when the second signal is output from the first signal selection switch that cuts off the connection between the infrared detection element and the signal output line, and the signal determination switch. When an infrared detection element adjacent to one side of the element is connected to the signal output line and the first signal is output from the signal determination switch, infrared detection adjacent to either side of the infrared detection element A second signal selection switch that cuts off the connection between the element and the signal output line, and when the second signal is output from the signal determination switch when any one of the infrared detection elements is selected by the scanning selection means, Instead of the detection signal output from the infrared detection element, it is adjacent to one of the infrared detection elements and connected to the signal output line by the second signal selection switch. By outputting a detection signal outputted from the infrared detection element is complementary to the detection signal from the infrared detector.
本発明によれば、赤外光の入射角の切り替えや出力信号値の記憶などのために必要な特別なハードウェア構成を追加することなく、欠陥素子からの出力信号を補完することができる。 According to the present invention, an output signal from a defective element can be complemented without adding a special hardware configuration necessary for switching the incident angle of infrared light, storing an output signal value, or the like.
−第1の実施の形態−
本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態による赤外線検出装置の回路構成図である。図1に示す赤外線検出装置は、赤外線検出素子部1、カウンタ2、垂直方向デコーダ3、水平方向デコーダ4および水平方向スキャナ部5を備えている。
-First embodiment-
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an infrared detection device according to the first embodiment. The infrared detection apparatus shown in FIG. 1 includes an infrared
赤外線検出素子部1は、縦方向すなわち列方向にm個、横方向すなわち行方向にn個の画素が半導体基板上に二次元状に配列されている。図1では、縦方向にp番目、横方向にq番目に位置している画素を、画素pq(p=1〜m、q=1〜n)と表している。各画素にはそれぞれ、入射赤外線の強度に応じた電圧値を検出信号として出力することにより、入射赤外線を電気信号に変換するサーモパイル(熱電対)T11a〜Tmnaが備えられている。サーモパイルT11a〜Tmnaは、図1に示すように抵抗と電圧源を直列して基準電圧Vrefを印加した等価回路として表すことができる。このような赤外線検出素子は、サーモパイル型の二次元赤外線検出素子と呼ばれる。
In the infrared
赤外線検出素子部1に用いられるサーモパイル型の赤外線検出素子は、入射赤外光を吸収して熱に変換する受熱部が基板部に対して梁を介して支えられることで中空に置かれ、その梁内にサーモパイルが配線された構造を有している。このような構造はマイクロマシーニング加工によって実現される。このような構造を有する画素11〜画素mnにおいて、受熱部と基板部の温度差によってそれぞれのサーモパイルに発生する電圧を検出することで、入射赤外光を電気信号に変換する。この時に発生する電圧の大きさは、入射赤外光の強度により異なるが、サーモパイル型の赤外線検出素子ではせいぜい±数十μV程度である。
The thermopile type infrared detection element used in the infrared
画素11〜画素mnは上記のような構造を有しているため、製造中に加えられる外的な衝撃や、車両に搭載して使用しているときに外部から加えられる振動などの原因により、受熱部を支えている梁の部分が折れてしまうことがある。この場合にはサーモパイルを構成する抵抗が断線してしまうため、その画素から出力される検出信号の電圧値はグランド電圧と等しいほぼ0Vとなってしまう。このようにして正常な検出信号が得られなくなった画素は、欠陥画素と呼ばれる。なお、梁の部分が折れること以外の原因によっても欠陥画素となる場合がある。
Since the
赤外線検出素子部1の各画素に設けられたサーモパイルT11a〜Tmnaには、N型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)を用いたスイッチ用のトランジスタM11〜Mmnのドレイン端子が接続されている。このスイッチM11〜Mmnのソース端子は、画素列ごとに水平方向スキャナ5に接続されている。スイッチM11〜Mmnのスイッチング動作は、垂直方向デコーダ3からゲート端子に入力される垂直方向選択信号Y1〜Ymによって制御される。これにより、垂直方向選択信号Y1〜Ymに応じていずれかの画素行が選択され、その画素行に設けられた各サーモパイルによる検出信号V1〜Vnが水平方向スキャナ5に出力される。
The drain terminals of the switching transistors M11 to Mmn using N-type MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) are connected to the thermopiles T11a to Tmna provided in each pixel of the infrared
カウンタ2は、入力されるクロック信号(CLK)に基づいて、赤外線検出素子部1の画素数に応じたアドレスカウント信号を垂直方向デコーダ3および水平方向デコーダ4に出力する。垂直方向デコーダ3は、カウンタ2から出力されたアドレスカウント信号に基づいて、垂直方向選択信号Y1〜Ymを赤外線検出素子部1の各画素に対して出力する。一方水平方向デコーダ4は、カウンタ2から出力されたアドレスカウント信号に基づいて、水平方向選択信号X1〜Xnを水平方向スキャナ部5に対して出力する。
The counter 2 outputs an address count signal corresponding to the number of pixels of the infrared
水平方向スキャナ部5は、水平方向デコーダ4から出力された水平方向選択信号X1〜Xnに基づいて、赤外線検出素子部1からの検出信号V1〜Vnを順次選択し、外部への信号出力線に出力電圧Vpを出力する。このとき、赤外線検出素子部1に前述のような欠陥画素が存在した場合は、後で説明するような回路動作により、その欠陥画素の左右に隣接する正常な画素の検出信号を用いて、欠陥画素からの検出信号を補完する。こうして正しい出力電圧Vpが得られるようにする。
The
水平方向スキャナ部5の回路構成図を図2に示す。水平方向スキャナ部5には、赤外線検出素子部1の各画素列にそれぞれ対応する各種のスイッチが設けられている。この各種スイッチには、信号判定用のスイッチM1a〜Mnaと、信号選択用のスイッチM1b〜Mnb、M1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eと、走査選択用のスイッチM1d〜MndおよびM2f〜M(n−1)fが含まれる。なお、信号選択スイッチM2e〜M(n−1)eおよび走査選択スイッチM2f〜M(n−1)fは、そのスイッチが対応する画素列の両隣に隣接する画素列が存在する場合に設けられる。すなわち、画素11〜画素m1の画素列と画素1n〜画素mnの画素列にそれぞれ対応する両端の部分には設けられていない。信号選択スイッチM(n−1)eおよび走査選択スイッチM(n−1)fについては、図2において図示を省略している。信号選択スイッチM1b〜MnbにはP型MOSFETが用いられ、それ以外のスイッチにはいずれもN型MOSFETが用いられる。
A circuit configuration diagram of the
信号判定スイッチM1a〜Mnaは、ソース端子がグランドに接続されることにより接地されている。ドレイン端子には抵抗R1〜Rnを介して電源電圧Vccが入力され、ゲート端子には赤外線検出素子部1からの検出信号V1〜Vnがそれぞれ入力される。信号判定スイッチM1a〜Mnaのしきい値電圧をVthとすると、このしきい値電圧Vthは基準電圧Vrefとグランド電圧の間の所定電圧、たとえばVref/2となるように設定される。
The signal determination switches M1a to Mna are grounded by connecting the source terminal to the ground. The power supply voltage Vcc is input to the drain terminal via the resistors R1 to Rn, and the detection signals V1 to Vn from the infrared
前述のように検出信号V1〜Vnの変動範囲はサーモパイル型の赤外線検出素子ではせいぜい±数十μV程度であるため、しきい値電圧Vthを上記のようにすることで、信号判定スイッチM1a〜Mnaの動作によって検出信号V1〜Vnが正常であるか否かを判定することができる。すなわち、検出信号V1〜Vnが正常であれば、その電圧はしきい値電圧Vthよりも高くなるため、信号判定スイッチM1a〜Mnaがオンされる。一方、欠陥画素からの検出信号が出力されることによって検出信号V1〜Vnが正常でない場合は、その電圧はグランド電圧と等しくなるためにしきい値電圧Vthよりも低くなり、信号判定スイッチM1a〜Mnaがオフとなる。 As described above, the fluctuation range of the detection signals V1 to Vn is about ± several μV at most in the thermopile type infrared detection element. Therefore, by setting the threshold voltage Vth as described above, the signal determination switches M1a to Mna. Whether or not the detection signals V1 to Vn are normal can be determined by the above operation. That is, if the detection signals V1 to Vn are normal, the voltage thereof becomes higher than the threshold voltage Vth, so that the signal determination switches M1a to Mna are turned on. On the other hand, when the detection signals V1 to Vn are not normal due to the output of the detection signal from the defective pixel, the voltage becomes equal to the ground voltage and thus becomes lower than the threshold voltage Vth, and the signal determination switches M1a to Mna. Is turned off.
信号選択スイッチM1b〜Mnb、M1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eは、いずれもゲート端子が信号判定スイッチM1a〜Mnaのうち同じ画素列に対応するもののドレイン端子に接続されている。たとえば、画素11〜画素m1の画素列に対応する信号選択スイッチM1bおよびM1cのゲート端子は、同じく画素11〜画素m1の画素列に対応する信号判定スイッチM1aのドレイン端子に接続されている。また、画素12〜画素m2の画素列に対応する信号選択スイッチM2b、M2cおよびM2eのゲート端子は、同じ画素列に対応する信号判定スイッチM2aのドレイン端子に接続されている。このゲート端子が接続されている信号判定スイッチの動作により、各信号選択スイッチのオンオフ状態が切り替えられる。
The signal selection switches M1b to Mnb, M1c to Mnc, and M2e to M (n-1) e are all connected to the drain terminals of the signal determination switches M1a to Mna corresponding to the same pixel column. For example, the gate terminals of the signal selection switches M1b and M1c corresponding to the pixel columns of the
信号選択スイッチM1b〜Mnbのソース端子には、検出信号V1〜Vnのうち、その信号選択スイッチが対応する画素列から出力されたものがそれぞれ入力される。たとえば、画素11〜画素m1の画素列に対応する信号選択スイッチM1bのソース端子には、検出信号V1が入力される。また、画素12〜画素m2の画素列に対応する信号選択スイッチM2bのソース端子には、検出信号V2が入力される。
Of the detection signals V1 to Vn, those output from the pixel column corresponding to the signal selection switch are input to the source terminals of the signal selection switches M1b to Mnb, respectively. For example, the detection signal V1 is input to the source terminal of the signal selection switch M1b corresponding to the pixel column of the
信号選択スイッチM1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eのドレイン端子には、検出信号V1〜Vnのうち、その信号選択スイッチが対応する画素列に隣接する画素列から出力されたもののいずれか一方がそれぞれ入力される。たとえば画素11〜画素m1の画素列に対応する信号選択スイッチM1cのドレイン端子には、その画素列の右側に隣接する画素12〜画素m2の画素列からの検出信号V2が入力される。また、画素12〜画素m2の画素列に対応する信号選択スイッチM2cおよびM2eのドレイン端子には、その画素列の左側に隣接する画素11〜画素m1の画素列からの検出信号V1と、右側に隣接する画素13〜画素m3の画素列からの検出信号V3がそれぞれ入力される。
The drain terminals of the signal selection switches M1c to Mnc and M2e to M (n-1) e are any of the detection signals V1 to Vn output from the pixel column adjacent to the pixel column to which the signal selection switch corresponds. Either one is entered. For example, the detection signal V2 from the pixel column of the
信号選択スイッチM1b〜Mnbのドレイン端子およびM1c〜Mncのソース端子は、いずれも同じ画素列に対応する走査選択スイッチM1d〜Mndのうちいずれかのドレイン端子にそれぞれ接続されている。また、信号選択スイッチM2e〜M(n−1)eのソース端子は、同じ画素列に対応する走査選択スイッチM2f〜M(n−1)fのドレイン端子にそれぞれ接続されている。 The drain terminals of the signal selection switches M1b to Mnb and the source terminals of M1c to Mnc are all connected to one of the drain terminals of the scan selection switches M1d to Mnd corresponding to the same pixel column. The source terminals of the signal selection switches M2e to M (n-1) e are respectively connected to the drain terminals of the scan selection switches M2f to M (n-1) f corresponding to the same pixel column.
前述のように、各信号選択スイッチのゲート端子に接続された信号判定スイッチの動作によって、各信号選択スイッチのオンオフ状態が切り替えられる。これにより、各信号選択スイッチにそれぞれ入力される検出信号V1〜Vnのうちいずれかが適宜選択され、走査選択スイッチに対して出力される。 As described above, the on / off state of each signal selection switch is switched by the operation of the signal determination switch connected to the gate terminal of each signal selection switch. Accordingly, any one of the detection signals V1 to Vn input to each signal selection switch is appropriately selected and output to the scan selection switch.
走査選択スイッチM1d〜MndおよびM2f〜M(n−1)fのゲート端子には、水平方向選択信号X1〜Xnのうち対応するものがそれぞれ入力される。たとえば、走査選択スイッチM1dのゲート端子には水平方向選択信号X1が入力され、走査選択スイッチM2dおよびM2fのゲート端子には水平方向選択信号X2が入力される。このゲート端子に入力される水平方向選択信号により、各走査選択スイッチのオンオフ状態が切り替えられる。 The corresponding ones of the horizontal direction selection signals X1 to Xn are input to the gate terminals of the scan selection switches M1d to Mnd and M2f to M (n-1) f, respectively. For example, the horizontal direction selection signal X1 is input to the gate terminal of the scanning selection switch M1d, and the horizontal direction selection signal X2 is input to the gate terminals of the scanning selection switches M2d and M2f. The on / off state of each scanning selection switch is switched by a horizontal direction selection signal input to the gate terminal.
走査選択スイッチM1d〜Mndのドレイン端子は、同じ画素列に対応する信号選択スイッチM1b〜Mnbのドレイン端子およびM1c〜Mncのソース端子にそれぞれ接続されている。また、走査選択スイッチM2f〜M(n−1)fのドレイン端子は、同じ画素列に対応する信号選択スイッチM2e〜M(n−1)eのソース端子にそれぞれ接続されている。走査選択スイッチM1d〜MndおよびM2f〜M(n−1)fのソース端子は、いずれも外部への信号出力線に接続されている。すなわち、走査選択スイッチM1d〜MndおよびM2f〜M(n−1)fのソース端子電圧が、出力電圧Vpとして外部に出力される。 The drain terminals of the scan selection switches M1d to Mnd are respectively connected to the drain terminals of the signal selection switches M1b to Mnb and the source terminals of M1c to Mnc corresponding to the same pixel column. The drain terminals of the scan selection switches M2f to M (n-1) f are connected to the source terminals of the signal selection switches M2e to M (n-1) e corresponding to the same pixel column, respectively. The source terminals of the scan selection switches M1d to Mnd and M2f to M (n-1) f are all connected to an external signal output line. That is, the source terminal voltages of the scan selection switches M1d to Mnd and M2f to M (n−1) f are output to the outside as the output voltage Vp.
前述のように、各走査選択スイッチのゲート端子に入力される水平方向選択信号X1〜Xnによって、各走査選択スイッチのオンオフ状態が切り替えられる。これにより、前述のように各走査選択スイッチのドレイン端子に対して入力される検出信号V1〜Vnのうちいずれかが選択され、出力電圧Vpに出力される。 As described above, the on / off states of the scan selection switches are switched by the horizontal direction selection signals X1 to Xn input to the gate terminals of the scan selection switches. As a result, as described above, one of the detection signals V1 to Vn input to the drain terminal of each scan selection switch is selected and output to the output voltage Vp.
次に、以上説明した赤外線検出装置の動作について、水平方向スキャナ部5の具体的な回路動作とともに説明する。図3は、本実施形態の赤外線検出装置において出力される信号のタイムチャートを示している。カウンタ2は、入力される基準クロックCLKに基づいて、赤外線検出素子部1の画素数分、すなわちm×n個のアドレスをカウントし、アドレスカウント信号として垂直方向デコーダ3および水平方向デコーダ4に出力する。
Next, the operation of the infrared detection device described above will be described together with the specific circuit operation of the
垂直方向デコーダ3は、カウンタ2からのアドレスカウント信号をデコードし、図3の符号11に示すような垂直方向選択信号Y1〜Ymを、画素11〜画素mn内のスイッチM11〜Mmnに対して出力する。また水平方向デコーダ4は、カウンタ2からのアドレスカウント信号をデコードし、図3の符号12に示すような水平方向選択信号X1〜Xnを水平方向スキャナ部5に対して出力する。
The
垂直方向選択信号Y1〜Ymは、符号11に示すようなタイミングで順次H(ハイ)レベルとなる。始めに、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなる。これにより、画素11〜画素1nの画素行にあるスイッチM11〜M1nがオンとなってドレイン−ソース間が導通し、その画素行において検出された入射赤外線の強度に応じた電圧値が、検出信号V1〜Vnに出力される。その結果、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなっている間、図3の符号14に示すような検出信号V1〜Vnが水平方向スキャナ部5に出力される。このとき、画素11〜画素1nはいずれも正常であり、検出信号V1〜Vnの値は正常な範囲にあるものとする。なお、符号13に示すように基準電圧Vrefは常に一定である。
The vertical direction selection signals Y1 to Ym are sequentially set to the H (high) level at the timing indicated by
水平方向スキャナ部5に出力された検出信号V1〜Vnは、図2の回路構成図に示されるように、信号判定スイッチM1a〜Mnaのゲート端子と、信号選択スイッチM1b〜Mnbのソース端子と、信号選択スイッチM1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eのドレイン端子にそれぞれ入力される。ここで検出信号V1〜Vnの値はいずれも正常な範囲にあるため、信号判定スイッチM1a〜Mnaのゲート端子電圧は、そのしきい値電圧Vthよりも高くなる。その結果、信号判定スイッチM1a〜Mnaがオンとなってドレイン−ソース間が導通し、ドレイン端子がグランドに接続される。これにより、信号判定スイッチM1a〜Mnaのドレイン端子電圧がグランド電圧にほぼ等しいL(ロー)レベルとなる。
As shown in the circuit configuration diagram of FIG. 2, the detection signals V1 to Vn output to the
信号判定スイッチM1a〜Mnaのドレイン端子電圧がLレベルになると、そのドレイン端子に接続されている信号選択スイッチM1b〜Mnb、M1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eのゲート端子電圧もLレベルになる。すると、P型MOSFETである信号選択スイッチM1b〜Mnbがオンとなり、それ以外の信号選択スイッチはオフとなる。これにより、信号選択スイッチM1b〜Mnbのソース−ドレイン間が導通し、ソース端子に入力された検出信号V1〜Vnがドレイン端子側に出力される。 When the drain terminal voltages of the signal determination switches M1a to Mna become L level, the gate terminal voltages of the signal selection switches M1b to Mnb, M1c to Mnc, and M2e to M (n-1) e connected to the drain terminals are also L. Become a level. Then, the signal selection switches M1b to Mnb that are P-type MOSFETs are turned on, and the other signal selection switches are turned off. As a result, the source and drain of the signal selection switches M1b to Mnb are conducted, and the detection signals V1 to Vn input to the source terminal are output to the drain terminal side.
信号選択スイッチM1b〜Mnbのドレイン端子側には、前述のように走査選択スイッチM1d〜Mndのドレイン端子がそれぞれ接続されている。したがって、上記のように信号選択スイッチM1b〜Mnbのソース−ドレイン間が導通することにより、走査選択スイッチM1d〜Mndのドレイン端子に検出信号V1〜Vnが入力される。 As described above, the drain terminals of the scan selection switches M1d to Mnd are connected to the drain terminal sides of the signal selection switches M1b to Mnb, respectively. Therefore, the detection signals V1 to Vn are input to the drain terminals of the scan selection switches M1d to Mnd as a result of the conduction between the source and drain of the signal selection switches M1b to Mnb as described above.
走査選択スイッチM1d〜Mndのゲート端子には、水平方向デコーダ3から出力された水平方向選択信号X1〜Xnが入力される。この水平方向選択信号X1〜Xnは、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなっている間に図3の符号12に示すようなタイミングで順次Hレベルとなる。すると走査選択スイッチM1d〜Mndが順次オンとなってドレイン−ソース間が導通することで、画素11〜画素1nが信号選択スイッチM1b〜Mnbを介して信号出力線に順次接続される。その結果、検出信号V1〜Vnが出力電圧Vpとして順次出力される。
Horizontal direction selection signals X1 to Xn output from the
すなわち、水平方向選択信号X1がHレベルであるときには、走査選択スイッチM1dがオンとなることで画素11が信号出力線に接続され、その検出信号V1が出力電圧Vpとして出力される。次に水平方向選択信号X2がHレベルであるときには、走査選択スイッチM2dがオンとなることで画素12が信号出力線に接続され、その検出信号V2が出力電圧Vpとして出力される。
That is, when the horizontal direction selection signal X1 is at the H level, the scanning selection switch M1d is turned on, whereby the
なお、走査選択スイッチM2f〜M(n−1)fも水平方向選択信号X1〜Xnに応じて順次オンとなるが、これらのドレイン端子に接続されている信号選択スイッチM2e〜M(n−1)eは、前述のようにオフとなっている。すなわち、画素11〜画素1nと信号出力線の接続は、信号選択スイッチM2e〜M(n−1)eにおいて遮断されている。したがって、走査選択スイッチM2f〜M(n−1)fから検出信号が出力されることはない。
The scan selection switches M2f to M (n-1) f are sequentially turned on in response to the horizontal direction selection signals X1 to Xn, but the signal selection switches M2e to M (n-1) connected to these drain terminals. ) E is off as described above. That is, the connection between the
欠陥画素がない場合、以上説明したような回路動作が水平方向スキャナ部5において行われる。その結果、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなっている間、図3の符号15に示すような波形の出力電圧Vpが得られる。このようにして正常な画素11〜画素1nが順次走査選択され、その検出信号V1〜Vnがそのまま出力電圧Vpに出力される。
When there is no defective pixel, the circuit operation as described above is performed in the
上記のようにして画素11〜画素1nが順次走査選択されたら、次に垂直方向選択信号Y1がLレベルになるとともに、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなる。これにより、画素21〜画素2nの画素行にあるスイッチM21〜M2nがオンとなってドレイン−ソース間が導通し、その画素行において検出された入射赤外線の強度に応じた電圧値が、検出信号V1〜Vnに出力される。その結果、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間、図3の符号14に示すような検出信号V1〜Vnが水平方向スキャナ部5に出力される。このとき、画素21〜画素2nのうち画素22は前述のような原因によって生じた欠陥画素であり、この欠陥画素22から出力される検出信号V2の値はほぼ0Vであるものとする。
If the
検出信号V1〜VnのうちV2以外の値はいずれも正常な範囲にあるため、M2aを除いた信号判定スイッチM1a〜Mnaのゲート端子電圧は、そのしきい値電圧Vthよりも高くなる。その結果、信号判定スイッチM1a〜MnaのうちM2a以外はオンとなってドレイン−ソース間が導通し、ドレイン端子電圧がLレベルとなる。こうしてM2aを除く信号判定スイッチM1a〜Mnaがオンになることで、前述のような回路動作によりM2dを除いた走査選択スイッチM1d〜Mndのドレイン端子に、検出信号V1〜VnのうちV2以外がそれぞれ入力される。 Since the values other than V2 in the detection signals V1 to Vn are in the normal range, the gate terminal voltages of the signal determination switches M1a to Mna excluding M2a are higher than the threshold voltage Vth. As a result, the signal determination switches M1a to Mna other than M2a are turned on to conduct between the drain and the source, and the drain terminal voltage becomes L level. When the signal determination switches M1a to Mna except M2a are turned on in this way, the detection signals V1 to Vn other than V2 are connected to the drain terminals of the scan selection switches M1d to Mnd except M2d by the circuit operation as described above. Entered.
一方、検出信号V2の値はほぼ0Vであるため、信号判定スイッチM2aのゲート端子電圧は、そのしきい値電圧Vthよりも低くなる。その結果、信号判定スイッチM2aはオフとなり、ドレイン端子電圧が電源電圧Vccにほぼ等しいHレベルとなる。したがって、信号判定スイッチM2aのドレイン端子に接続されている信号選択スイッチM2b、M2cおよびM2eのゲート端子電圧もHレベルになる。すると、P型MOSFETの信号選択スイッチM2bはオフとなり、N型MOSFETの信号選択スイッチM2cおよびM2eはオンとなる。これにより、信号選択スイッチM2cおよびM2eのドレイン−ソース間が導通し、各ドレイン端子に入力される検出信号V1およびV3が、各ソース端子側にそれぞれ出力される。 On the other hand, since the value of the detection signal V2 is approximately 0 V, the gate terminal voltage of the signal determination switch M2a is lower than the threshold voltage Vth. As a result, the signal determination switch M2a is turned off, and the drain terminal voltage becomes H level substantially equal to the power supply voltage Vcc. Therefore, the gate terminal voltages of the signal selection switches M2b, M2c, and M2e connected to the drain terminal of the signal determination switch M2a are also at the H level. Then, the signal selection switch M2b of the P-type MOSFET is turned off, and the signal selection switches M2c and M2e of the N-type MOSFET are turned on. As a result, the drains and the sources of the signal selection switches M2c and M2e become conductive, and the detection signals V1 and V3 input to the drain terminals are output to the source terminals, respectively.
信号選択スイッチM2cおよびM2eのソース端子側には、前述のように走査選択スイッチM2dおよびM2fのドレイン端子がそれぞれ接続されている。したがって、上記のように信号選択スイッチM2cおよびM2eのドレイン−ソース間が導通することにより、走査選択スイッチM2dおよびM2fのドレイン端子に検出信号V1およびV3がそれぞれ入力される。 As described above, the drain terminals of the scan selection switches M2d and M2f are connected to the source terminal sides of the signal selection switches M2c and M2e, respectively. Therefore, the detection signals V1 and V3 are input to the drain terminals of the scan selection switches M2d and M2f, respectively, by conducting between the drain and source of the signal selection switches M2c and M2e as described above.
M2dを除く走査選択スイッチM1d〜Mndのゲート端子には、水平方向デコーダ3から出力された水平方向選択信号X1〜XnのうちX2以外が入力される。水平方向選択信号X1〜Xnは、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間に図3の符号12に示すようなタイミングで順次Hレベルとなる。これにより、M2dを除く走査選択スイッチM1d〜Mndが順次オンとなり、欠陥画素22を除く画素21〜画素2nが信号選択スイッチM1b〜Mnbを介して信号出力線に順次接続される。その結果、V2以外の検出信号V1〜Vnが出力電圧Vpとして順次出力される。
Other than X2 among the horizontal direction selection signals X1 to Xn output from the
すなわち、水平方向選択信号X1がHレベルであるときには、走査選択スイッチM1dがオンとなることで、画素21が信号選択スイッチM1bを介して信号出力線に接続され、その検出信号V1が出力電圧Vpとして出力される。また、水平方向選択信号X3がHレベルであるときには、走査選択スイッチM3dがオンとなることで、画素23が信号選択スイッチM3bを介して信号出力線に接続され、その検出信号V3が出力電圧Vpとして出力される。
That is, when the horizontal direction selection signal X1 is at the H level, the scanning selection switch M1d is turned on, whereby the
一方、走査選択スイッチM2dおよびM2fのゲート端子には、水平方向選択信号X2が入力される。垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間に水平方向選択信号X2がHレベルとなることにより、走査選択スイッチM2dおよびM2fがオンとなる。この場合、画素21および画素23が信号選択スイッチM2cおよびM2eを介して信号出力線にそれぞれ接続される。その結果、検出信号V1とV3の平均値が出力電圧Vpとして出力される。このとき欠陥画素22と信号出力線の接続は、信号選択スイッチM2bがオフであるために遮断されている。したがって、欠陥画素22からの検出信号V2は出力されない。
On the other hand, the horizontal direction selection signal X2 is input to the gate terminals of the scan selection switches M2d and M2f. When the horizontal direction selection signal X2 becomes H level while the vertical direction selection signal Y2 is H level, the scanning selection switches M2d and M2f are turned on. In this case, the
欠陥画素がある場合、以上説明したような回路動作が水平方向スキャナ部5において行われる。その結果、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間、図3の符号15に示すような波形の出力電圧Vpが得られる。この出力電圧Vpでは、欠陥画素22が走査選択されているときには、左右に隣接する正常な画素21および画素23からそれぞれ出力される検出信号V1およびV3の平均によって、欠陥画素による検出信号V2が補完されている。このようにして、欠陥画素22を含む画素21〜画素2nが順次走査選択され、その欠陥画素22からの検出信号V2を除いた検出信号V1〜Vnと、検出信号V2を補完した信号が出力電圧Vpに出力される。
When there is a defective pixel, the circuit operation as described above is performed in the
以上説明したように、この実施の形態の赤外線検出装置によれば、赤外光の入射角の切り替えや検出信号の記憶などに必要な特別なハードウェア構成を追加することなく、欠陥素子からの出力信号を補完することができる。 As described above, according to the infrared detection device of this embodiment, it is possible to detect from the defective element without adding a special hardware configuration necessary for switching the incident angle of infrared light or storing the detection signal. The output signal can be complemented.
また、赤外線検出素子部1のような高い出力インピーダンスを有するサーモパイル型の赤外線検出素子において、欠陥画素からの検出信号を補完せずにそのまま出力すると、その出力インピーダンスが高いことにより、後段に接続される回路の入力容量によっては時定数が長くなることがある。この場合、欠陥画素から次の画素に走査選択が切り替わったときには、その長い時定数の影響を受けて出力電圧が変化するまでに長時間を要することから、走査選択の周期を短くすることができないという問題が生じる。しかし、上記のようにして欠陥画素による検出信号を補完することにより、このような問題を解決することができる。
In addition, in a thermopile type infrared detection element having a high output impedance such as the infrared
以上説明した第1の実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
(1)垂直方向デコーダ3から出力される垂直方向選択信号Y1〜Ymと、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により、スイッチM11〜Mmn、走査選択スイッチM1d〜MndおよびM2f〜M(n−1)fをそれぞれ制御することで画素11〜画素mnを順次選択し、各画素に備えられたサーモパイルT11a〜Tmnaの検出信号を出力する。このとき正常な出力信号が得られない欠陥素子を各画素の中から検出し、欠陥素子が検出された場合、その欠陥素子に隣接する非欠陥素子の出力信号を、その欠陥素子の出力信号として出力することとした。このようにしたので、赤外光の入射角の切り替えや検出信号の記憶などのために必要な特別なハードウェア構成を追加することなく、欠陥素子からの出力信号を補完することができる。
According to the first embodiment described above, the following operational effects can be achieved.
(1) Switches M11 to Mmn, scan selection switches M1d to Mnd, and M2f based on vertical direction selection signals Y1 to Ym output from the
具体的には、信号判定スイッチM1a〜Mnaにより、選択された画素のサーモパイルから出力された検出信号を所定のしきい値Vthと比較して、しきい値以上である場合はLレベルの信号を出力し、しきい値未満である場合はHレベルの信号を出力する。これにより、検出信号が所定の範囲内にあるか否かを判定する。その結果、検出信号が所定の範囲内にあると判定されてLレベルの信号が出力された場合は、信号選択スイッチM1b〜Mnbをオンにして当該画素を信号出力線に接続するとともに、信号選択スイッチM1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eをオフにして、当該画素に隣接する画素と信号出力線の接続を遮断する。これにより、欠陥画素がない場合は検出信号V1〜Vnをそのまま出力電圧Vpに出力する。 Specifically, the signal determination switches M1a to Mna compare the detection signal output from the thermopile of the selected pixel with a predetermined threshold value Vth. If it is less than the threshold value, an H level signal is output. Thereby, it is determined whether or not the detection signal is within a predetermined range. As a result, when it is determined that the detection signal is within a predetermined range and an L level signal is output, the signal selection switches M1b to Mnb are turned on to connect the pixel to the signal output line and the signal selection is performed. The switches M1c to Mnc and M2e to M (n-1) e are turned off to cut off the connection between the pixel adjacent to the pixel and the signal output line. Thereby, when there is no defective pixel, the detection signals V1 to Vn are output as they are to the output voltage Vp.
また、検出信号が所定の範囲外にあると判定されてHレベルの信号が出力された場合は、信号選択スイッチM1b〜Mnbをオフにして当該画素と信号出力線の接続を遮断するとともに、信号選択スイッチM1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eをオンにして、当該画素に隣接する画素を信号出力線に接続する。これにより、欠陥画素がある場合はその欠陥画素からの検出信号を補完して、欠陥画素からの検出信号を除いた検出信号V1〜Vnと、補完した検出信号とを出力電圧Vpに出力する。 When it is determined that the detection signal is outside the predetermined range and an H level signal is output, the signal selection switches M1b to Mnb are turned off to disconnect the connection between the pixel and the signal output line, and The selection switches M1c to Mnc and M2e to M (n-1) e are turned on to connect the pixels adjacent to the pixel to the signal output line. Thereby, if there is a defective pixel, the detection signal from the defective pixel is complemented, and the detection signals V1 to Vn excluding the detection signal from the defective pixel and the complemented detection signal are output to the output voltage Vp.
(2)欠陥素子が検出された場合、その欠陥素子の両側に隣接する非欠陥素子の出力信号をその欠陥素子の出力信号として出力する。具体的には、検出信号が所定の範囲外にあると判定されてHレベルの信号が出力された場合、信号選択スイッチM1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eをオンすることで、当該画素の両側に隣接する画素を信号出力線に接続する。これにより、当該赤外線検出素子から出力された検出信号に替えて、当該赤外線検出素子の両側に隣接する赤外線検出素子から出力された検出信号を平均して出力することで、当該赤外線検出素子からの検出信号を補完することとした。このようにしたので、欠陥素子からの出力信号を確実に補完することができる。 (2) When a defective element is detected, an output signal of a non-defective element adjacent to both sides of the defective element is output as an output signal of the defective element. Specifically, when it is determined that the detection signal is outside the predetermined range and an H level signal is output, by turning on the signal selection switches M1c to Mnc and M2e to M (n−1) e, Pixels adjacent to both sides of the pixel are connected to the signal output line. Thereby, instead of the detection signal output from the infrared detection element, the detection signal output from the infrared detection element adjacent to both sides of the infrared detection element is averaged and output, thereby allowing the detection from the infrared detection element. The detection signal was complemented. Since it did in this way, the output signal from a defective element can be complemented reliably.
(3)信号判定スイッチM1a〜Mnaと、信号選択スイッチM1b〜Mnb、M1c〜MncおよびM2e〜M(n−1)eは、二次元状に配列された画素11〜画素mnの列ごとにそれぞれ設けられることとした。このようにしたので、信号判定スイッチや信号選択スイッチの数を必要最小限とすることができる。
(3) The signal determination switches M1a to Mna and the signal selection switches M1b to Mnb, M1c to Mnc, and M2e to M (n-1) e are respectively provided for the columns of the
−第2の実施の形態−
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態による赤外線検出装置では、図2に示した回路構成を有する水平方向スキャナ5に替えて、回路構成が異なる水平方向スキャナ5Aが用いられる。そして、欠陥画素が存在した場合は水平方向スキャナ5Aにより、その欠陥画素の左右いずれか一方に隣接する正常な画素の検出信号を用いて、欠陥画素による検出信号が補完される。それ以外の点については、第1の実施の形態と同じである。
-Second Embodiment-
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the infrared detection apparatus according to the second embodiment, a horizontal scanner 5A having a different circuit configuration is used instead of the
図4は、水平方向スキャナ部5Aの回路構成図を示している。この水平方向スキャナ部5Aには、信号判定スイッチM1a〜Mnaと、信号選択スイッチM1b〜MnbおよびM1c〜Mncと、走査選択スイッチM1d〜Mndが備えられている。これらの各種スイッチは、図2に示した第1の実施の形態による水平方向スキャナ部5の各種スイッチと同様に動作する。
FIG. 4 shows a circuit configuration diagram of the horizontal scanner unit 5A. The horizontal scanner unit 5A includes signal determination switches M1a to Mna, signal selection switches M1b to Mnb and M1c to Mnc, and scanning selection switches M1d to Mnd. These various switches operate in the same manner as the various switches of the
すなわち、信号判定スイッチM1a〜Mnaは、検出信号V1〜Vnが正常であるときにオンとなり、正常でないときにはオフとなる。この切り替え動作に応じて、信号選択スイッチM1b〜MnbおよびM1c〜Mncのオンオフ状態が切り替えられる。信号判定スイッチM1a〜Mnaがオンであるときには、信号選択スイッチM1b〜Mnbがオンとなって信号選択スイッチM1c〜Mncがオフとなる。反対に信号判定スイッチM1a〜Mnaがオフであるときには、信号選択スイッチM1c〜Mncがオンとなって信号選択スイッチM1b〜Mnbがオフとなる。そして、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に応じて、走査選択スイッチM1d〜Mndのオンオフ状態が切り替えられる。水平方向選択信号X1〜XnのいずれかがHレベルのときに、対応する走査選択スイッチM1d〜Mndのいずれかがオンとなり、それ以外はオフとなる。
That is, the signal determination switches M1a to Mna are turned on when the detection signals V1 to Vn are normal, and are turned off when they are not normal. In accordance with this switching operation, the on / off states of the signal selection switches M1b to Mnb and M1c to Mnc are switched. When the signal determination switches M1a to Mna are on, the signal selection switches M1b to Mnb are on and the signal selection switches M1c to Mnc are off. Conversely, when the signal determination switches M1a to Mna are off, the signal selection switches M1c to Mnc are on and the signal selection switches M1b to Mnb are off. Then, the on / off states of the scan selection switches M1d to Mnd are switched according to the horizontal direction selection signals X1 to Xn output from the
図5は、本実施形態の赤外線検出装置において出力される信号のタイムチャートを示している。第1の実施の形態と同様に、垂直方向デコーダ3はカウンタ2からのアドレスカウント信号をデコードし、図5の符号21に示すような垂直方向選択信号Y1〜Ymを、画素11〜画素mn内のスイッチM11〜Mmnに対して出力する。また水平方向デコーダ4は、カウンタ2からのアドレスカウント信号をデコードし、図5の符号22に示すような水平方向選択信号X1〜Xnを水平方向スキャナ部5Aに対して出力する。
FIG. 5 shows a time chart of signals output in the infrared detection apparatus of the present embodiment. Similarly to the first embodiment, the
始めに、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなることで、画素11〜画素1nの画素行にあるスイッチM11〜M1nがオンとなり、その画素行において検出された入射赤外線の強度に応じた電圧値が検出信号V1〜Vnに出力される。その結果、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなっている間、図5の符号24に示すような検出信号V1〜Vnが水平方向スキャナ部5Aに出力される。このとき、画素11〜画素1nはいずれも正常であり、検出信号V1〜Vnの値は正常な範囲にあるものとする。なお、符号23に示すように基準電圧Vrefは常に一定である。
First, when the vertical direction selection signal Y1 becomes H level, the switches M11 to M1n in the pixel rows of the
この場合、水平方向スキャナ部5Aは第1の実施の形態による水平方向スキャナ部5と同様の回路動作により、走査選択された画素行からの検出信号V1〜Vnをそのまま出力電圧Vpに出力する。すなわち、正常な画素11〜画素1nから検出信号V1〜Vnが出力されると、P型MOSFETである信号選択スイッチM1b〜Mnbがオンとなり、逆にN型MOSFETを用いた信号選択スイッチM1c〜Mncがオフとなる。すると、走査選択スイッチM1d〜Mndのドレイン端子に検出信号V1〜Vnが入力される。そして、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなっている間に水平方向選択信号X1〜Xnが図5の符号22に示すようなタイミングで順次Hレベルになると、走査選択スイッチM1d〜Mndが順次オンとなり、画素11〜画素1nが信号選択スイッチM1b〜Mnbを介して信号出力線に順次接続される。その結果、検出信号V1〜Vnが出力電圧Vpとして順次出力される。
In this case, the horizontal scanner unit 5A outputs the detection signals V1 to Vn from the scan-selected pixel rows as they are to the output voltage Vp by the same circuit operation as that of the
これにより、垂直方向選択信号Y1がHレベルとなっている間、図5の符号25に示すような波形の出力電圧Vpが得られる。欠陥画素がない場合は、このようにして正常な画素11〜画素1nが順次走査選択され、その検出信号V1〜Vnがそのまま出力電圧Vpに出力される。
As a result, while the vertical direction selection signal Y1 is at the H level, an output voltage Vp having a waveform as indicated by
上記のようにして画素11〜画素1nが順次走査選択されたら、次に垂直方向選択信号Y1がLレベルになるとともに、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなる。これにより、画素21〜画素2nの画素行にあるスイッチM21〜M2nがオンとなり、その画素行において検出された入射赤外線の強度に応じた電圧値が検出信号V1〜Vnに出力される。その結果、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間、図5の符号24に示すような検出信号V1〜Vnが水平方向スキャナ部5Aに出力される。このとき、画素21〜画素2nのうち画素22は欠陥画素であり、この欠陥画素22から出力される検出信号V2の値はほぼ0Vであるものとする。
If the
この場合、欠陥画素22を含む画素21〜画素2nから検出信号V1〜Vnが出力されると、P型MOSFETである信号選択スイッチM1b〜Mnbのうち、欠陥画素22に対応する信号選択スイッチM2bを除いたものがオンとなる。これにより、走査選択スイッチM1d〜Mndのうち、信号選択スイッチM2bに接続されている走査選択スイッチM2dを除いたもののドレイン端子に、V2を除く検出信号V1〜Vnがそれぞれ入力される。また、N型MOSFETである信号選択スイッチM1c〜Mncのうち、欠陥画素22に対応する信号選択スイッチM2cがオンとなる。これにより、その信号選択スイッチM2cに接続されている走査選択スイッチM2dのドレイン端子に、欠陥画素22の左側に隣接する正常な画素21からの検出信号V1が入力される。
In this case, when the detection signals V1 to Vn are output from the
このような状態において、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間に水平方向選択信号X1〜Xnが図5の符号22に示すようなタイミングで順次Hレベルとなることで、走査選択スイッチM1d〜Mndが順次オンとなる。これにより、欠陥画素22を除く画素21〜画素2nが信号選択スイッチM1b〜Mnbを介して信号出力線に順次接続されるとともに、画素21が信号選択スイッチM2cを介して信号出力線に接続される。このとき欠陥画素22と信号出力線の接続は、信号選択スイッチM2bがオフであるために遮断されている。したがって、欠陥画素22からの検出信号V2は出力されない。その結果、M2dを除く走査選択スイッチM1d〜Mndのドレイン端子に入力されたV2を除く検出信号V1〜Vnと、走査選択スイッチM2dのドレイン端子に入力された検出信号V1が、出力電圧Vpとして順次出力される。
In such a state, while the vertical direction selection signal Y2 is at the H level, the horizontal direction selection signals X1 to Xn are sequentially at the H level at the timing indicated by
以上説明したような回路動作により、垂直方向選択信号Y2がHレベルとなっている間図5の符号25に示すような波形の出力電圧Vpが得られる。この出力電圧Vpでは、欠陥画素22が走査選択されているときには、左側に隣接する正常な画素21から出力される検出信号V1により、欠陥画素による検出信号V2が補完されている。欠陥画素がある場合は、このようにして欠陥画素22を含む画素21〜画素2nが順次走査選択され、その欠陥画素22からの検出信号V2を除いた検出信号V1〜Vnと、検出信号V2を補完した信号が出力電圧Vpに出力される。
By the circuit operation as described above, the output voltage Vp having a waveform as shown by
以上説明した第2の実施の形態によれば、欠陥素子が検出された場合、その欠陥素子のいずれか一方の側に隣接する非欠陥素子の出力信号をその欠陥素子の出力信号として出力する。具体的には、信号判定スイッチM1a〜Mnaにより検出信号が所定の範囲外にあると判定されてHレベルの信号が出力された場合、信号選択スイッチM1c〜Mncをオンすることで、当該画素のいずれか一方の側に隣接する画素を信号出力線に接続する。これにより、当該赤外線検出素子から出力された検出信号に替えて、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子から出力された検出信号を出力することで、当該赤外線検出素子からの検出信号を補完することとした。このようにしたので、簡単な回路構成で欠陥素子からの出力信号を補完することができる。 According to the second embodiment described above, when a defective element is detected, an output signal of a non-defective element adjacent to one of the defective elements is output as an output signal of the defective element. Specifically, when the signal determination switches M1a to Mna determine that the detection signal is outside a predetermined range and an H level signal is output, the signal selection switches M1c to Mnc are turned on to turn on the corresponding pixel. A pixel adjacent on either side is connected to a signal output line. Thereby, instead of the detection signal output from the infrared detection element, by outputting the detection signal output from the infrared detection element adjacent to one of the infrared detection elements, the infrared detection element It was decided to complement the detection signal. Since it did in this way, the output signal from a defective element can be supplemented with a simple circuit configuration.
なお、以上説明した各実施の形態では、二次元状に配列された画素11〜画素mnの各画素列にそれぞれ対応して、水平方向スキャナ部5または5Aに各種スイッチ類が設けられている例を説明した。しかし、赤外線検出素子部1の縦と横を入れ替えることにより、二次元状に配列された画素11〜画素mnの各画素行にそれぞれ対応して、水平方向スキャナ部5または5Aと同様の各種スイッチ類を設けることとしてもよい。このようにしても、前述したのと同様の作用効果を得ることができる。
In each of the embodiments described above, an example in which various switches are provided in the
また、以上説明した各実施の形態では、入射赤外線を電気信号に変換する赤外線検出素子としてサーモパイルを用いる例を説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではなく、赤外線検出素子にどのようなものを用いてもよい。また、赤外線検出素子が二次元状に配列された例を説明したが、一次元の配列であってもよい。その場合は、たとえば第1の実施の形態では、図1の赤外線検出素子部1が画素11〜1nの一行で構成され、さらに垂直方向デコーダ3および赤外線検出素子部1内の垂直方向スキャナの役目をするスイッチM11〜M1nが省略される。これ以外の点については、図1の赤外線検出装置と同一の構成となる。したがって、前述した作用効果と同一の作用効果を得ることができる。第2の実施の形態についても同様である。
Further, in each of the embodiments described above, an example in which a thermopile is used as an infrared detection element that converts incident infrared light into an electrical signal has been described. However, the present invention is not limited to this content. Such a thing may be used. Moreover, although the example in which the infrared detection elements are arranged in a two-dimensional manner has been described, a one-dimensional arrangement may be used. In this case, for example, in the first embodiment, the infrared
以上説明した各実施の形態では、増幅トランジスタやスイッチにMOSFETを用いた構成を説明したが、バイポーラ型のトランジスタを用いても同様の構成を実現することができる。 In each of the embodiments described above, the configuration using the MOSFET for the amplification transistor and the switch has been described. However, the same configuration can be realized even if a bipolar transistor is used.
以上説明した各実施の形態では、赤外線検出素子をサーモパイルT11a〜Tmnaによって実現し、走査選択手段をカウンタ2、垂直方向デコーダ3、水平方向デコーダ4、スイッチM11〜Mmnおよび走査選択スイッチM1〜Mnによって実現することとした。また、検出手段を信号判定スイッチM1a〜Mnaによって実現し、切り替え手段を信号選択スイッチM1b〜Mnb、M1c〜MncまたはM2e〜M(n−1)eによって実現することとした。しかし、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係には何ら限定も拘束もされない。
In each of the embodiments described above, the infrared detecting element is realized by the thermopiles T11a to Tmna, and the scanning selection means is constituted by the counter 2, the
以上説明した各実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。 Each embodiment and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired.
1:赤外線検出素子部 2:カウンタ
3:垂直方向デコーダ 4:水平方向デコーダ
5、5A:水平方向スキャナ部
1: Infrared detection element unit 2: Counter 3: Vertical direction decoder 4:
Claims (2)
前記複数の赤外線検出素子を順次選択する走査選択手段と、 Scanning selection means for sequentially selecting the plurality of infrared detection elements;
前記走査選択手段により選択された赤外線検出素子、または前記走査選択手段により選択された赤外線検出素子に隣接する赤外線検出素子のいずれかと接続され、接続された赤外線検出素子からその入射赤外線強度に応じて出力される検出信号を外部に出力する信号出力線と、 The infrared detection element selected by the scan selection means or the infrared detection element adjacent to the infrared detection element selected by the scan selection means is connected, and the connected infrared detection element responds to the incident infrared intensity. A signal output line for outputting the output detection signal to the outside;
前記走査選択手段により選択された赤外線検出素子から出力された検出信号を所定のしきい値と比較して、しきい値以上である場合は第1の信号を出力し、しきい値未満である場合は第2の信号を出力する信号判定スイッチと、 The detection signal output from the infrared detection element selected by the scanning selection means is compared with a predetermined threshold value, and if it is equal to or greater than the threshold value, the first signal is output and is less than the threshold value. A signal determination switch for outputting a second signal in the case;
前記信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子を前記信号出力線に接続し、前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子と前記信号出力線の接続を遮断する第1の信号選択スイッチと、 When the first signal is output from the signal determination switch, the infrared detection element is connected to the signal output line, and when the second signal is output from the signal determination switch, the infrared detection element and the signal A first signal selection switch for cutting off the connection of the output line;
前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子を前記信号出力線に接続し、前記信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子と前記信号出力線の接続を遮断する第2の信号選択スイッチと、 When the second signal is output from the signal determination switch, an infrared detection element adjacent to one of the infrared detection elements is connected to the signal output line, and the first signal is output from the signal determination switch. A second signal selection switch that disconnects the signal output line from the infrared detection element adjacent to one of the infrared detection elements when output.
前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか他方の側に隣接する赤外線検出素子を前記信号出力線に接続し、前記信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか他方の側に隣接する赤外線検出素子と前記信号出力線の接続を遮断する第3の信号選択スイッチとを備え、 When the second signal is output from the signal determination switch, the infrared detection element adjacent to the other side of the infrared detection element is connected to the signal output line, and the first signal is output from the signal determination switch. A third signal selection switch that disconnects the signal output line and the infrared detection element adjacent to the other side of the infrared detection element when output.
前記走査選択手段によりいずれかの赤外線検出素子を選択したときに前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合は、当該赤外線検出素子から出力された検出信号に替えて、当該赤外線検出素子の両側に隣接し、前記第2の信号選択スイッチおよび第3の信号選択スイッチによって前記信号出力線にそれぞれ接続された赤外線検出素子から出力された検出信号を平均して出力することで、当該赤外線検出素子からの検出信号を補完することを特徴とする赤外線検出装置。 When a second signal is output from the signal determination switch when any one of the infrared detection elements is selected by the scanning selection unit, the infrared detection element is used instead of the detection signal output from the infrared detection element. The detection signals output from the infrared detection elements connected to the signal output lines by the second signal selection switch and the third signal selection switch, respectively, are averaged and output. An infrared detection apparatus, wherein a detection signal from a detection element is complemented.
前記複数の赤外線検出素子を順次選択する走査選択手段と、 Scanning selection means for sequentially selecting the plurality of infrared detection elements;
前記走査選択手段により選択された赤外線検出素子、または前記走査選択手段により選択された赤外線検出素子に隣接する赤外線検出素子のいずれかと接続され、接続された赤外線検出素子からその入射赤外線強度に応じて出力される検出信号を外部に出力する信号出力線と、 The infrared detection element selected by the scan selection means or the infrared detection element adjacent to the infrared detection element selected by the scan selection means is connected, and the connected infrared detection element responds to the incident infrared intensity. A signal output line for outputting the output detection signal to the outside;
前記走査選択手段により選択された赤外線検出素子から出力された検出信号を所定のしきい値と比較して、しきい値以上である場合は第1の信号を出力し、しきい値未満である場合は第2の信号を出力する信号判定スイッチと、 The detection signal output from the infrared detection element selected by the scanning selection means is compared with a predetermined threshold value, and if it is equal to or greater than the threshold value, the first signal is output and is less than the threshold value. A signal determination switch for outputting a second signal in the case;
前記信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子を前記信号出力線に接続し、前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子と前記信号出力線の接続を遮断する第1の信号選択スイッチと、 When the first signal is output from the signal determination switch, the infrared detection element is connected to the signal output line, and when the second signal is output from the signal determination switch, the infrared detection element and the signal A first signal selection switch for cutting off the connection of the output line;
前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子を前記信号出力線に接続し、前記信号判定スイッチより第1の信号が出力された場合、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接する赤外線検出素子と前記信号出力線の接続を遮断する第2の信号選択スイッチとを備え、 When the second signal is output from the signal determination switch, an infrared detection element adjacent to one of the infrared detection elements is connected to the signal output line, and the first signal is output from the signal determination switch. A second signal selection switch for cutting off the connection between the infrared detection element adjacent to either one of the infrared detection elements and the signal output line when output;
前記走査選択手段によりいずれかの赤外線検出素子を選択したときに前記信号判定スイッチより第2の信号が出力された場合は、当該赤外線検出素子から出力された検出信号に替えて、当該赤外線検出素子のいずれか一方の側に隣接し、前記第2の信号選択スイッチによって前記信号出力線に接続された赤外線検出素子から出力された検出信号を出力することで、当該赤外線検出素子からの検出信号を補完することを特徴とする赤外線検出装置。 When a second signal is output from the signal determination switch when any one of the infrared detection elements is selected by the scanning selection unit, the infrared detection element is used instead of the detection signal output from the infrared detection element. The detection signal output from the infrared detection element connected to the signal output line by the second signal selection switch is adjacent to either side of the detection signal. Infrared detector characterized by complementing.
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