[發明專利]紅外線拍攝元件以及紅外線照相機

有效

• 申請號: 201780023233.5
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN109073458B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 前川倫宏
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;G01J1/02;H01L27/144;H01L27/146;H04N5/33;H04N5/374;H04N5/378
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 許海蘭

紅外線拍攝元件具備：感光像素陣列；感光像素的驅動線；垂直掃描電路，依次選擇驅動線并連接到電源；信號線，與各感光像素連接，在終端部分連接有第一恒定電流源；偏置線，并聯連接有針對感光像素陣列的每列設置的第二恒定電流源，產生與驅動線相同的電壓降；差動積分電路，針對像素陣列的每列而設置，對2個恒定電流源的兩端電壓之差進行時間積分而輸出；水平掃描電路，針對每列選擇差動積分電路的輸出信號；參照像素陣列，輸出根據感光像素的溫度變化而變化的參照信號；偏置產生電路，生成對應于偏置線上的電壓和參照信號的差分信號與基準電壓之差的偏置電壓；以及電壓產生電路，根據偏置電壓生成溫度信號生成電壓。

技術領域

本發明例如涉及通過二維排列的半導體傳感器檢測入射紅外線所引起的溫度變化的紅外線拍攝元件，特別涉及將來自半導體傳感器的電信號通過信號處理電路積分處理之后輸出的紅外線拍攝元件。另外，本發明涉及使用上述紅外線拍攝元件的紅外線照相機。

背景技術

在一般的熱型紅外線固體拍攝元件中，將具有絕熱層的像素二維地排列，利用像素的溫度由于入射的紅外線而變化來拍攝紅外線圖像。在非冷卻型的熱型紅外線固體拍攝元件的情況下，對于構成像素的溫度傳感器，已知除了使用多晶硅、非晶硅、碳化硅或氧化釩等的輻射熱測量計以外，還使用二極管或晶體管等半導體元件。特別是二極管等半導體元件由于電特性和溫度依賴性的偏差在個體之間非常小，所以有利于使各像素的特性均勻。

另外，在熱型紅外線固體拍攝元件中，像素二維地排列，針對每行通過驅動線連接，針對每列通過信號線連接。通過垂直掃描電路和開關依次選擇各驅動線，經由選擇的驅動線從電源對像素通電。像素的輸出經由信號線被傳遞給積分電路，被積分電路積分以及放大，通過水平掃描電路和開關而依次被輸出到輸出端子(例如參照非專利文獻1)。

在這些熱型紅外線固體拍攝元件中，對于被輸入到積分電路的電壓，除了像素的兩端電壓以外，驅動線中的電壓降也產生影響。但是，驅動線中的電壓降量針對每個像素列不同，所以積分電路的輸出也針對每個像素列而為不同的值，在拍攝到的圖像中產生驅動線的電阻所引起的偏移(offset)分布。另外，熱型紅外線固體拍攝元件的針對紅外光的響應、即像素的兩端電壓的變化遠小于驅動線中的電壓降分量。因此，還存在由于驅動線所引起的電壓降分布而放大器發生飽和等以致無法確保必需的放大率的問題。

另外，像素的響應中除了包含紅外光的響應以外還包含元件溫度變化所引起的響應，所以還存在元件輸出與元件溫度變化都漂移的問題。即，盡管像素被完全絕熱而僅檢測紅外線吸收所引起的溫度變化是理想的，但由于像素的絕熱層具有有限的熱電阻，所以在進行檢測動作時，如果環境溫度變化，則輸出也變化。無法區分該環境溫度的變化所引起的輸出變動與入射紅外線的變化，所以紅外線的測定精度降低而無法實現穩定的圖像獲取。

為了消除這樣的問題，專利文獻1采用如下結構。

(1)作為積分電路，使用差動積分電路。

(2)設置與驅動線平行的偏置線，使其電阻與驅動線實質相同，且針對偏置線的每個像素列設置流過與像素用電流源實質相同的電流的電流源。

(3)對差動積分電路的輸入輸入像素用電流源的兩端電壓和與偏置線連接的電流源的兩端電壓。

(4)設置有輸出與元件溫度變化對應的輸出的參照信號輸出電路，生成通過該輸出和參考電源的比較得到的輸出電平穩定化電壓，經由低通濾波器或緩沖器提供給偏置線。

由于偏置線和驅動線的電阻實質相同，所以偏置線和驅動線的電壓降量大致相同。即，驅動線電阻所引起的電壓降分布被差動積分電路減去而不輸出到外部。進而，由于根據輸出相對像素的元件溫度變動的信號輸出變化的參照信號輸出電路而生成被施加到偏置線的電壓，所以元件溫度變動所引起的漂移也被差動積分電路減去而不輸出到外部。

但是，上述對策無法抑制由每個像素、每個讀出列、每行的微小的特性偏差引起的元件溫度變動所引起的輸出變動。為了消除這樣的問題，專利文獻2采用如下結構。