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熱型赤外線センサ

国内特許コード P05A008049
整理番号 1897
掲載日 2005年12月2日
出願番号 特願平09-091653
公開番号 特開平10-267752
登録番号 特許第3215864号
出願日 平成9年3月26日(1997.3.26)
公開日 平成10年10月9日(1998.10.9)
登録日 平成13年8月3日(2001.8.3)
発明者
  • 菅野 俊雄
出願人
  • 防衛装備庁長官
発明の名称 熱型赤外線センサ
発明の概要 【課題】 熱型赤外線センサの感度及び画質を向上させる。
【解決手段】 サーモパイル13を、エミッタ接合の逆方向飽和電流が大きくかつコレクタ接合の逆方向飽和電流が小さいバイポーラトランジスタ14のエミッタに接続し、該トランジスタ14のコレクタをMOS型トランジスタ15のソースに接続し、MOS型トランジスタ15のドレインを電荷蓄積部16に接続する。必要量のエミッタ電流を流すためにエミッタに印加するバイアス電流が低くてよく、相対的にサーモパイル13の起電圧によるエミッタ電流が多くなり、感度が高くなる。MOS型トランジスタ15のスレッショルド電圧にばらつきがあっても、電荷蓄積部16に流入する電流はエミッタ電流の他は、殆どコレクタ接合の逆方向飽和電流に制限されるので、スレッショルド電圧のばらつきに起因する出力電圧のばらつきが低減でき、良質な画像が得られる。
従来技術、競合技術の概要


熱型赤外線センサには、サーモパイル型とボロメータ型がある。
従来、受光素子を二次元に配列したサーモパイル型赤外線センサは、図3に示すようにサーモパイル1(熱電対を複数個組み合わせたもの)を弱反転状態で動作させたMOS型トランジスタ2のゲートに直接接続して信号を読み出している。ここでは、一つの画素はサーモパイル1、MOS型トランジスタ2、電荷蓄積部3とで構成されており、サーモパイルの一端4はMOS型トランジスタ2のゲートに接続されており、サーモパイルの他端5は第2の電圧源6に接続されている。また、MOS型トランジスタ2のソースは第3の電圧源7に接続され、ドレインは電荷蓄積部3と電荷読み出し部8の構成要素の一つであるトランスファゲート9に接続されている。
図4は画素を2次元に配列し、かつ電荷読み出し部8の構成内容を示した赤外線センサ全体の構成図である。図において、電荷蓄積部3の一端は各画素に対応して配置してあるトランスファゲート9に接続されており、トランスファゲート9に対応して垂直CCD10が設けられている。垂直CCD10の転送方向の端部には水平CCD11が設けられており、水平CCD11の転送方向の端部には出力部12が形成されている。トランスファゲート9、垂直CCD10、水平CCD11、出力部12とで電荷読み出し部8が構成されている。なお、サーモパイル1、MOS型トランジスタ2、電荷蓄積部3とで構成されている各画素及び電荷読み出し部8は同一のシリコン基板(半導体基板)に形成されている。
この赤外線センサの動作について図3及び図4を用いて説明する。図3において、入射赤外線量に応じてサーモパイル1の接点部の温度が上昇し、それによってサーモパイル1に起電圧を生ずる。この起電圧は、第2の電圧源6に相加されてMOS型トランジスタ2のゲートに印加されて、ドレイン電流を変化させる。このドレイン電流は、電荷蓄積部3に一定時間蓄積される。蓄積時間が終了するとトランスファゲート9をオン状態にし、蓄積された電荷は電荷蓄積部3からCCD型といわれる走査回路を用いた電荷読み出し部8へ転送される。図4に示すように、電荷読み出し部8ではトランスファゲート9をオン状態にすると信号電荷は垂直CCD10に移されると同時に、電荷蓄積部3の電位はトランスファゲート9のチャネル電位にリセットされる。その後、トランスファゲート9をオフ状態にして、次の蓄積が開始する。蓄積期間において、垂直CCD10と水平CCD11との働きによって、垂直CCD10に移された信号電荷は順次出力部12に転送され、信号は外部に取り出される。電荷読み出し部8はトランスファゲート9、垂直CCD10、水平CCD11、出力部12とで構成されている。

産業上の利用分野


本発明は、サーモパイル又はボロメータを二次元的に配列した熱型赤外線センサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板の主面に二次元的に配列された複数のサーモパイルと、それぞれのサーモパイルに対応して前記基板に設けられたバイポーラトランジスタと、それぞれのバイポーラトランジスタに対応して前記基板に設けられたMOS型トランジスタと、それぞれのMOS型トランジスタに対応して前記基板に設けられた電荷蓄積部と、それぞれの電荷蓄積部に対応して前記基板に設けられた電荷読み出し部とを備えた熱型赤外線センサであって、
前記バイポーラトランジスタのエミッタが前記サーモパイルの一端に接続され、前記バイポーラトランジスタのベースが第1の電圧源に接続され、前記バイポーラトランジスタのコレクタが前記MOS型トランジスタのソースに接続され、前記MOS型トランジスタのドレインが前記電荷蓄積部に接続され、前記第1の電圧源により前記バイポーラトランジスタのコレクタ接合が逆バイアスされていることを特徴とする熱型赤外線センサ。

【請求項2】
基板の主面に二次元的に配列された複数のボロメータと、それぞれのボロメータに直列に接続され、かつ前記基板に設けられた抵抗と、それぞれのボロメータに対応してその後段に接続され、かつ前記基板に設けられたバイポーラトランジスタと、それぞれのバイポーラトランジスタに対応して前記基板に設けられたMOS型トランジスタと、それぞれのMOS型トランジスタに対応して前記基板に設けられた電荷蓄積部と、それぞれの電荷蓄積部に対応して前記基板に設けられた電荷読み出し部とを備えた熱型赤外線センサであって、
前記バイポーラトランジスタのエミッタが前記ボロメータの一端に接続され、前記バイポーラトランジスタのベースが第1の電圧源に接続され、前記バイポーラトランジスタのコレクタが前記MOS型トランジスタのソースに接続され、前記MOS型トランジスタのドレインが前記電荷蓄積部に接続され、前記第1の電圧源により前記バイポーラトランジスタのコレクタ接合が逆バイアスされていることを特徴とする熱型赤外線センサ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP1997091653thum.jpg
出願権利状態 登録
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