[发明专利]红外线拍摄元件以及红外线照相机

说明书

红外线拍摄元件具备：感光像素阵列；感光像素的驱动线；垂直扫描电路，依次选择驱动线并连接到电源；信号线，与各感光像素连接，在终端部分连接有第一恒定电流源；偏置线，并联连接有针对感光像素阵列的每列设置的第二恒定电流源，产生与驱动线相同的电压降；差动积分电路，针对像素阵列的每列而设置，对2个恒定电流源的两端电压之差进行时间积分而输出；水平扫描电路，针对每列选择差动积分电路的输出信号；参照像素阵列，输出根据感光像素的温度变化而变化的参照信号；偏置产生电路，生成对应于偏置线上的电压和参照信号的差分信号与基准电压之差的偏置电压；以及电压产生电路，根据偏置电压生成温度信号生成电压。

技术领域

本发明例如涉及通过二维排列的半导体传感器检测入射红外线所引起的温度变化的红外线拍摄元件，特别涉及将来自半导体传感器的电信号通过信号处理电路积分处理之后输出的红外线拍摄元件。另外，本发明涉及使用上述红外线拍摄元件的红外线照相机。

背景技术

在一般的热型红外线固体拍摄元件中，将具有绝热层的像素二维地排列，利用像素的温度由于入射的红外线而变化来拍摄红外线图像。在非冷却型的热型红外线固体拍摄元件的情况下，对于构成像素的温度传感器，已知除了使用多晶硅、非晶硅、碳化硅或氧化钒等的辐射热测量计以外，还使用二极管或晶体管等半导体元件。特别是二极管等半导体元件由于电特性和温度依赖性的偏差在个体之间非常小，所以有利于使各像素的特性均匀。

另外，在热型红外线固体拍摄元件中，像素二维地排列，针对每行通过驱动线连接，针对每列通过信号线连接。通过垂直扫描电路和开关依次选择各驱动线，经由选择的驱动线从电源对像素通电。像素的输出经由信号线被传递给积分电路，被积分电路积分以及放大，通过水平扫描电路和开关而依次被输出到输出端子(例如参照非专利文献1)。

在这些热型红外线固体拍摄元件中，对于被输入到积分电路的电压，除了像素的两端电压以外，驱动线中的电压降也产生影响。但是，驱动线中的电压降量针对每个像素列不同，所以积分电路的输出也针对每个像素列而为不同的值，在拍摄到的图像中产生驱动线的电阻所引起的偏移(offset)分布。另外，热型红外线固体拍摄元件的针对红外光的响应、即像素的两端电压的变化远小于驱动线中的电压降分量。因此，还存在由于驱动线所引起的电压降分布而放大器发生饱和等以致无法确保必需的放大率的问题。

另外，像素的响应中除了包含红外光的响应以外还包含元件温度变化所引起的响应，所以还存在元件输出与元件温度变化都漂移的问题。即，尽管像素被完全绝热而仅检测红外线吸收所引起的温度变化是理想的，但由于像素的绝热层具有有限的热电阻，所以在进行检测动作时，如果环境温度变化，则输出也变化。无法区分该环境温度的变化所引起的输出变动与入射红外线的变化，所以红外线的测定精度降低而无法实现稳定的图像获取。

为了消除这样的问题，专利文献1采用如下结构。

(1)作为积分电路，使用差动积分电路。

(2)设置与驱动线平行的偏置线，使其电阻与驱动线实质相同，且针对偏置线的每个像素列设置流过与像素用电流源实质相同的电流的电流源。

(3)对差动积分电路的输入输入像素用电流源的两端电压和与偏置线连接的电流源的两端电压。

(4)设置有输出与元件温度变化对应的输出的参照信号输出电路，生成通过该输出和参考电源的比较得到的输出电平稳定化电压，经由低通滤波器或缓冲器提供给偏置线。

由于偏置线和驱动线的电阻实质相同，所以偏置线和驱动线的电压降量大致相同。即，驱动线电阻所引起的电压降分布被差动积分电路减去而不输出到外部。进而，由于根据输出相对像素的元件温度变动的信号输出变化的参照信号输出电路而生成被施加到偏置线的电压，所以元件温度变动所引起的漂移也被差动积分电路减去而不输出到外部。

但是，上述对策无法抑制由每个像素、每个读出列、每行的微小的特性偏差引起的元件温度变动所引起的输出变动。为了消除这样的问题，专利文献2采用如下结构。