(57)【要約】【課題】熱電変換素子の温度を一定に保つと共に消費電力を抑える。【解決手段】遮光構造とされる画素１５ａ、１５ｂ中のボロメータ素子と、外部から入射される赤外線を受光する画素２ａ、２ｂ中のボロメータ素子と、を含み、電流ミラー源回路１４、自己発熱制御回路１６は、画素１５ａ、１５ｂ中のボロメータ素子の抵抗値に基づいて、第１の期間において画素１５ａ、１５ｂ、２ａ、２ｂ中のボロメータ素子への電源ＶＤＤ（発熱用電圧）の供給を制御し、第１の期間とは排他的な第２の期間において電流ミラー源回路１４、読み出し回路８は、画素１５ａ、１５ｂ、２ａ、２ｂ中のボロメータ素子に読み出し用電圧を印加するように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元マトリクス状に配置される熱電変換素子群と、
前記熱電変換素子群の一部の熱電変換素子の抵抗値に基づいて、前記熱電変換素子群への発熱用電圧の印加を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記熱電変換素子群は、
遮光構造とされる第１の熱電変換素子と、
外部から入射される赤外線を受光する第２の熱電変換素子と、
を含み、
前記制御回路は、前記第１の熱電変換素子の抵抗値に基づいて、第１の期間において前記第１および第２の熱電変換素子への前記発熱用電圧の供給を制御し、前記第１の期間とは排他的な第２の期間において前記第１および第２の熱電変換素子に読み出し用電圧を印加するように制御することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第１の熱電変換素子の抵抗値を所定値と比較し、比較結果に応じて前記第１および第２の熱電変換素子への前記発熱用電圧の供給を制御することを特徴とする請求項２記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記第１の熱電変換素子の抵抗値は、前記第２の期間における前記第１の熱電変換素子に流れる電流値から求めることを特徴とする請求項３記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記第１および第２の熱電変換素子は、それぞれ２個以上の熱電変換素子組を備え、
前記制御回路は、前記熱電変換素子組のそれぞれを排他的に前記第１および第２の期間に対応させて制御することを特徴とする請求項２または３記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
前記第２の期間において前記読み出し用電圧によって前記第２の熱電変換素子に流れる電流を積分し、受光した赤外線を出力電圧として出力する読み出し回路をさらに備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載の赤外線撮像装置。
【請求項７】
前記第２の期間において前記読み出し用電圧によって前記第１の熱電変換素子に流れる電流を検出する検出回路をさらに備え、
前記読み出し回路は、前記第２の熱電変換素子に流れる電流に対して前記検出回路の検出電流に基づいて補正した電流を積分することを特徴とする請求項６記載の赤外線撮像装置。
【請求項８】
前記第２の熱電変換素子は、２次元マトリクス状に配置され、
前記第１の熱電変換素子は、マトリクスの行毎にそれぞれ対応して配置され、
前記第１および第２の熱電変換素子は、マトリクスの行毎にそれぞれ時分割にアクティブとされ、
前記読み出し回路は、マトリクスの列毎にそれぞれ備えられ、それぞれの出力電圧が走査されて出力されることを特徴とする請求項６または７記載の赤外線撮像装置。
【請求項９】
前記熱電変換素子は、ボロメータ素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置に関し、特に、ボロメータ素子などの熱電変換素子をマトリクス状に備える赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボロメータ型の赤外線撮像装置は、抵抗温度特性が大きなボロメータ素子によって、ボロメータ素子に入射する微小な赤外線の量を抵抗変化に変えて電圧出力として検出する。この場合、赤外線撮像装置の動作温度の変化に対してもボロメータ素子の抵抗値が指数関数的に変動するため、赤外線撮像装置の出力電圧が大幅に変動してしまう。また、抵抗値の他にも、ボロメータ素子の感度やセンサアレイのボロメータ素子の面内ばらつきについても、動作温度変化によって大きく変わり、出力変動の要因となっている。従来、これらの出力変動成分を抑え、入射赤外線の成分のみを検出するために動作温度範囲のボロメータ特性に対応したオンチップの読み出し回路を設計し、動作温度の変動毎に細かく設定条件を調整することで、赤外線信号成分を検出していた。例えば室温（２７℃）で１００ｋΩ、抵抗温度係数が−２％／Ｋのボロメータ材料の場合、−３０℃〜７０℃の１００℃の温度範囲で試算すると、ボロメータ素子の抵抗値は約４１０ｋΩ〜約４７ｋΩになる。この最大値／最小値比が８．７倍となる抵抗値に対し、出力電圧の変動を抑えるため、読み出し回路や装置が対応する必要があり、そのために読み出し回路の機能やチップサイズ、消費電力が大きくなっていた。
【０００３】
このような大きな抵抗変化への対応を不要にするために、ペルチェ素子やヒーター等によってチップ基板の温度制御をすることで、チップ上に形成されているボロメータ素子の入射赤外線による温度変化のみを検出する手法が知られている（特許文献１参照）。基板内のボロメータ素子の抵抗値によって基板温度を測定し、基板温度に応じてヒーター素子の電流を制御することでチップ基板の温度を一定に保ち、チップ上に形成されているボロメータ素子の温度変動を小さくする。例えば前述のボロメータ素子の場合、チップ温度を７０℃一定に温度制御することで、ボロメータ抵抗値の最小値側に回路や装置が対応すれば良いようになる。
【０００４】
このような回路の詳細を図５に示す（特許文献１参照）。この回路は、定電流源４０に接続したボロメータ素子１０２の電圧がローパスフィルタ４１を介してアンプ４２の非反転端子（＋）側に接続し、定電圧源４３をアンプの反転端子（−）に接続し、アンプ４２の出力端子をヒーターである抵抗素子６０に接続する。目標温度のときのボロメータ素子の出力電圧値を定電圧源４３の電圧に設定することでチップ基板の温度を制御する。
【０００５】
ボロメータ素子１０２は、図６に示すようにセンサアレイ１０３とは別に形成されており、チップ基板１０８とは熱的にショートされている。さらに、チップ基板１０８とパッケージの間には熱伝導率が低いシリカガラス等の材料４４でチップ基板１０８の周囲温度と熱分離している。このオンチップのヒーターである抵抗素子６０によってチップ基板１０８を加熱する手法は、ペルチェ素子などの外部回路を使用して基板を加熱、冷却する手法に比べて安価であり、容易に基板温度を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９８／３５２１２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下の分析は本発明において与えられる。
【０００８】
ところで、ボロメータ素子は高感度化のため、基板から熱分離された構造を有しており、ボロメータ温度と基板温度間にはボロメータ素子の信号読み出しの際の自己発熱等に起因する温度差が存在する。従来例では、チップ基板の温度を計測し、基板の発熱量を制御するため、ボロメータ素子自体の温度を正確に一定に保つことが困難である。また、チップ上にはセンサアレイとは別に、温度モニタ用のボロメータ素子、ボロメータ素子の定電流源、ヒーター用の抵抗素子及び抵抗素子の電流制御用のアンプ回路が必要になり、チップ面積が増加する。この場合、ボロメータ素子に比べて熱伝導率と熱容量の大きなチップ全体を発熱させるため、センサアレイの画素数が増加しチップ面積が増大するほど、消費電力が大きくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つのアスペクト（側面）に係る赤外線撮像装置は、２次元マトリクス状に配置される熱電変換素子群と、熱電変換素子群の一部の熱電変換素子の抵抗値に基づいて、熱電変換素子群への発熱用電圧の印加を制御する制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱電変換素子群を発熱させるため、熱電変換素子の温度を一定に保つと共に消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る赤外線撮像装置の回路図である。
【図２】本発明の実施例に係る赤外線撮像装置における画素のアクセス状態を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る赤外線撮像装置の主要部の回路図である。
【図４】自己発熱制御回路の動作を表すタイミングチャートである。
【図５】従来の赤外線撮像装置の回路図である。
【図６】従来の赤外線撮像装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置は、２次元マトリクス状に配置される熱電変換素子群と、熱電変換素子群の一部の熱電変換素子の抵抗値に基づいて、熱電変換素子群への発熱用電圧の印加を制御する制御回路と、を備える。
【００１３】
赤外線撮像装置において、熱電変換素子群は、遮光構造とされる第１の熱電変換素子（図１の画素１５ａ、１５ｂ中のボロメータ素子３）と、外部から入射される赤外線を受光する第２の熱電変換素子（図１の画素２ａ、２ｂ中のボロメータ素子３）と、を含み、制御回路（図１の電流ミラー源回路１４、自己発熱制御回路１６）は、第１の熱電変換素子の抵抗値に基づいて、第１の期間において第１および第２の熱電変換素子への発熱用電圧（図１のＶＤＤ）の供給を制御し、第１の期間とは排他的な第２の期間において第１および第２の熱電変換素子に読み出し用電圧（図１の電流ミラー源回路１４、読み出し回路８から供給される）を印加するように制御するようにしてもよい。
【００１４】
赤外線撮像装置において、制御回路は、第１の熱電変換素子の抵抗値を所定値と比較し、比較結果に応じて第１および第２の熱電変換素子への発熱用電圧の供給を制御するようにしてもよい。
【００１５】
赤外線撮像装置において、第１の熱電変換素子の抵抗値は、第２の期間における第１の熱電変換素子に流れる電流値から求めるようにしてもよい。
【００１６】
赤外線撮像装置において、第１および第２の熱電変換素子は、それぞれ２個以上の熱電変換素子組を備え、制御回路は、熱電変換素子組のそれぞれを排他的に第１および第２の期間に対応させて制御するようにしてもよい。
【００１７】
赤外線撮像装置において、第２の期間において読み出し用電圧によって第２の熱電変換素子に流れる電流を積分し、受光した赤外線を出力電圧として出力する読み出し回路（図１の８）をさらに備えるようにしてもよい。
【００１８】
赤外線撮像装置において、第２の期間において読み出し用電圧によって第１の熱電変換素子に流れる電流を検出する検出回路（図１の電流ミラー源回路１４の機能）をさらに備え、読み出し回路は、第２の熱電変換素子に流れる電流に対して検出回路の検出電流に基づいて補正した電流を積分するようにしてもよい。
【００１９】
赤外線撮像装置において、第２の熱電変換素子は、２次元マトリクス状に配置され、第１の熱電変換素子は、マトリクスの行毎にそれぞれ対応して配置され、第１および第２の熱電変換素子は、マトリクスの行毎にそれぞれ時分割にアクティブとされ、読み出し回路は、マトリクスの列毎にそれぞれ備えられ、それぞれの出力電圧が走査されて出力されるようにしてもよい。
【００２０】
赤外線撮像装置において、熱電変換素子は、ボロメータ素子であってもよい。
【００２１】
なお、上記において、２次元マトリクスは、一次元としてもよい。
【００２２】
以上のような赤外線撮像装置によれば、ボロメータ素子に電圧を印加し、電流による自己発熱を利用してボロメータ素子を加熱してボロメータ素子の温度を制御する。ボロメータ素子の熱容量や熱伝導率は、チップ基板に比べて非常に小さいので、ボロメータ素子の温度を一定に保つための消費電力を抑えることができる。
【００２３】
また、別途温度モニタ用のボロメータ素子や基板加熱用のヒーター素子とその電流制御回路を使用せず、既存回路の出力電圧からボロメータ温度をモニタし、電源とスイッチのみの簡単な回路構成でボロメータ素子の自己発熱を制御する。したがって、回路の小面積化が実現される。
【００２４】
さらに、基板から熱分離されたボロメータ素子の温度を一定に保つために、同じく熱分離されており、かつ入射する赤外線に対して感度がない遮光構造のボロメータ素子の温度を抵抗値として測定する。これによってボロメータ素子−基板間の温度差や入射赤外線の影響が無く、ボロメータ素子の温度を正確にモニタし、温度制御を行うことができる。
【００２５】
以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例に係る赤外線撮像装置の回路図である。図１において、赤外線撮像装置は、センサアレイ１、垂直シフトレジスタ５、スイッチ回路７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１２、読み出し回路８、水平シフトレジスタ１１、電流ミラー源回路１４、自己発熱制御回路１６を備える。
【００２７】
センサアレイ１は、画素２ａ、２ｂ、１５ａ、１５ｂを備える。画素２ａ、２ｂ、１５ａ、１５ｂは、ボロメータ素子３と、ボロメータ素子３の一端および接地間を開閉するスイッチ素子４とをそれぞれ含む。画素２ａ、２ｂは、外部から入射される赤外線を受光する一対の画素とされ、センサアレイ１において２次元マトリクス状に多数個配置される。画素１５ａ、１５ｂは、遮光構造とされる一対の画素とされ、マトリクスの行毎にそれぞれ対応して１個ずつ配置される。すなわち、センサアレイ１は、センサアレイ１の端の２列には入射する赤外線に対して感度が無いように遮光された構造の画素１５ａ、１５ｂと、残りの多数の列には入射する赤外線を受光する画素２ａ、２ｂとから構成される。
【００２８】
画素２ａにおいて、列方向の画素に含まれるボロメータ素子３の他端は、列毎に共通に配線６ａに接続された後、スイッチ回路７ａを介して読み出し回路８に接続されると共に、スイッチ回路９ａを介して自己発熱電源となる電源ＶＤＤに接続される。また、行方向の画素２ａに含まれるスイッチ素子４の制御端は、行毎に共通に配線１３ａに接続された後、垂直シフトレジスタ５に接続される。
【００２９】
画素２ｂにおいて、列方向の画素に含まれるボロメータ素子３の他端は、列毎に共通に配線６ｂに接続された後、スイッチ回路７ｂを介して読み出し回路８に接続されると共に、スイッチ回路９ｂを介して電源ＶＤＤに接続される。また、行方向の画素２ｂに含まれるスイッチ素子４の制御端は、行毎に共通に配線１３ｂに接続された後、垂直シフトレジスタ５に接続される。
【００３０】
画素１５ａにおいて、列方向の画素に含まれるボロメータ素子３の他端は、列に共通な配線６ｃに接続された後、スイッチ回路７ｃを介して電流ミラー源回路１４に接続されると共に、スイッチ回路９ｃを介して電源ＶＤＤに接続される。また、画素１５ａに含まれるスイッチ素子４の制御端は、行毎に共通な配線１３ａに接続された後、垂直シフトレジスタ５に接続される。
【００３１】
画素１５ｂにおいて、列方向の画素に含まれるボロメータ素子３の他端は、列に共通な配線６ｄに接続された後、スイッチ回路７ｄを介して電流ミラー源回路１４に接続されると共に、スイッチ回路９ｄを介して電源ＶＤＤに接続される。また、画素１５ｂに含まれるスイッチ素子４の制御端は、行毎に共通な配線１３ｂに接続された後、垂直シフトレジスタ５に接続される。
【００３２】
垂直シフトレジスタ５は、垂直シフト用のクロック信号ＣＬＫ２およびシフト信号ＶＩＮを入力し、配線１３ａ、１３ｂを時分割に順次ハイレベルとし、読み出し対象となるセンサアレイ１の行を選択する。なお、後述するように、ボロメータ素子３を発熱させるために、全ての行に係る配線１３ａ、１３ｂを交互に時分割に全てハイレベルとする。
【００３３】
電流ミラー源回路１４は、読み出し回路８および自己発熱制御回路１６に、発熱制御および読み出しの補正に係るキャンセラ電圧Ｖｃを供給する。読み出し回路８は、スイッチ回路７ａ、７ｂを介して読み出した配線６ａ、６ｂにそれぞれ流れる電流をキャンセラ電圧Ｖｃによって補正し、出力電圧Ｖｏｕｔとしてスイッチ回路１２を介して出力する。水平シフトレジスタ１１は、水平シフト用のクロック信号ＣＬＫ１およびシフト信号ＨＩＮを入力し、それぞれの読み出し回路８の出力電圧を走査して出力信号ＶＯＵＴを出力するように時分割にスイッチ回路１２を順次オンとする。
【００３４】
自己発熱制御回路１６は、キャンセラ電圧Ｖｃが所定値より大きな場合に自己発熱スイッチ信号Ｓａ、Ｓｂを出力してスイッチ回路９ａ、９ｂを排他的にオンオフさせると共に、スイッチ回路９ｃ、９ｄを排他的にオンオフさせる。また、自己発熱制御回路１６は、キャンセラ電圧Ｖｃが所定値より小さい場合に自己発熱スイッチ信号Ｓａ、Ｓｂの出力を停止してスイッチ回路９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄをオフさせる。
【００３５】
なお、ここでは、２列に１つの割合で配列した画素（画素対）を選択するように構成している例を示した。しかし、これに限定されることなく、３列以上に１つの割合で画素を時分割に動作可能とするように構成してもよい。
【００３６】
図２は、本発明の実施例に係る赤外線撮像装置における画素のアクセス状態を模式的に示す図である。図２において、スイッチ回路７ａ〜７ｄで選択された列のうち、垂直シフトレジスタ５によってスイッチ素子４が選択された１行の画素がそれぞれ接続された電流ミラー源回路１４及び複数の読み出し回路８から並列的に信号が読み出される。一方、同期間にスイッチ回路９ａ〜９ｄのうちスイッチ回路７ａ〜７ｄで選択されない列を選択し、同列の全画素のスイッチ素子４を垂直シフトレジスタ５によって選択することにより、同画素に電源ＶＤＤから電流を流して発熱させる。この場合、対を成すそれぞれの画素は、排他的に動作するスイッチ回路７ａ、７ｂおよび排他的に動作するスイッチ回路７ｃ、７ｄ、更に排他的に動作するスイッチ回路９ａ、９ｂおよび排他的に動作するスイッチ回路９ｃ、９ｄによって交互に読み出しと発熱とを繰り返す。
【００３７】
図２に示すように列を交互に切り換えてこれを２回繰り返すと１行の読み出し処理が終了する。また、同時に読み出し回路の非選択時に、常にセンサアレイの半分に相当する画素に電流を供給可能とすることで、全てのボロメータ素子の自己発熱による温度制御を行う。
【００３８】
図３は、本発明の実施例に係る赤外線撮像装置の主要部の回路図である。図３において、図１と同一の符号は同一物を表す。
【００３９】
読み出し回路８は、画素２ａ、２ｂに定電圧Ｖｓを印加するバイアス用のＮＭＯＳトランジスタＭＮ２と、入射赤外線の信号以外のオフセット電流を除去するバイアスキャンセル回路１９と、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとバイアスキャンセル回路１９の出力とに接続される積分回路２１とを備える。
【００４０】
バイアスキャンセル回路１９は、印加されるキャンセラ電圧Ｖｃのレベルを調整するＤＣ補正回路２０と、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１と、抵抗素子Ｒ２とを備える。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１は、ソースを抵抗素子Ｒ２を介して電源ＶＤＤに接続し、ゲートをＤＣ補正回路２０の出力に接続し、ドレインをＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインに接続する。ＤＣ補正回路２０は、受光画素の入射赤外線の信号成分を効果的に出力させるために、出力電圧ＶＯＵＴをオフセットさせるための回路である。
【００４１】
積分回路２１は、オペアンプＯＰ１と容量素子Ｃ１を備える。積分回路２１は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲートに与えられる定電圧Ｖｓによってボロメータ素子３に流れる電流に対し、バイアスキャンセル回路１９によって補正した電流を積分し、スイッチ回路１２を介して出力信号ＶＯＵＴとして出力する。
【００４２】
電流ミラー源回路１４は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１と、抵抗素子Ｒ１とを備える。電流ミラー源回路１４は、入射赤外線に対して感度が無い遮光構造の画素１５ａ、１５ｂに各受光画素と同一の定電圧Ｖｓを印加する。電流ミラー源回路１４と複数の読み出し回路８とは組み合わされ、それぞれ電流ミラーを構成する。この回路構成によって入射赤外線の信号成分以外の温度（基準温度）の変動で生じたボロメータ素子の抵抗変化成分を除去する。
【００４３】
自己発熱制御回路１６は、コンパレータＣＭＰ１、インバータ回路ＩＮＶ１、ＮＯＲ回路ＮＯＲ１、ＮＯＲ２を備える。コンパレータＣＭＰ１は、非反転入力端子（＋）にキャンセラ電圧Ｖｃを入力し、反転入力端子（−）に温度設定電圧Ｖｓｔを入力し、比較結果出力をインバータ回路ＩＮＶ１を介してＮＯＲ回路ＮＯＲ１、ＮＯＲ２の一方の入力端に出力する。ＮＯＲ回路ＮＯＲ１は、他方の入力端に水平スイッチ信号Ｓｗａを入力し、出力端から自己発熱スイッチ信号Ｓａをスイッチ回路９ａ、９ｃの制御端に出力する。ＮＯＲ回路ＮＯＲ２は、他方の入力端に水平スイッチ信号Ｓｗａと逆相の水平スイッチ信号Ｓｗｂを入力し、出力端から自己発熱スイッチ信号Ｓｂをスイッチ回路９ｂ、９ｄの制御端に出力する。なお、温度設定電圧Ｖｓｔは、予めボロメータ素子が目標温度のときのキャンセラ電圧Ｖｃを測定しておき、測定した値として設定される。またここでは、自己発熱制御回路１６は、ボロメータ素子の抵抗変化の温度係数（抵抗温度係数）が負であると仮定した場合に所望の動作をするものとする。
【００４４】
スイッチ回路７ａ、７ｃは、水平スイッチ信号Ｓｗａによってオンオフされ、スイッチ回路７ｂ、７ｄは、水平スイッチ信号Ｓｗｂによってオンオフされる。
【００４５】
図４は、自己発熱制御回路１６の動作を表すタイミングチャートである。自己発熱制御回路１６は、コンパレータＣＭＰ１によって、キャンセラ電圧Ｖｃと目標温度に対応した温度設定電圧Ｖｓｔとを比較し、キャンセラ電圧Ｖｃが温度設定電圧Ｖｓｔより高い場合には、ボロメータ素子の温度が目標温度未満であると見なし、水平スイッチ信号Ｓｗａ、Ｓｗｂをそれぞれ反転した自己発熱スイッチ信号Ｓａ、Ｓｂによってスイッチ回路９ａ、９ｃおよびスイッチ回路９ｂ、９ｄをオンオフさせる。この場合、電源ＶＤＤが対応するボロメータ素子３に断続的に供給され、ボロメータ素子３は発熱して温度が上昇する。
【００４６】
一方、キャンセラ電圧Ｖｃが温度設定電圧Ｖｓｔ以下である場合には、ボロメータ素子３の温度が目標温度以上であると見なし、自己発熱スイッチ信号Ｓａ、Ｓｂをローレベルに固定してスイッチ回路９ａ、９ｃおよびスイッチ回路９ｂ、９ｄをオフ状態とする。この場合、電源ＶＤＤは、対応するボロメータ素子３に供給されず、ボロメータ素子３は自然冷却され、温度が下降する。
【００４７】
以上のように画素１５ａ、１５ｂのボロメータ素子３の温度に対応したキャンセラ電圧Ｖｃの値に基づいて自己発熱スイッチ信号Ｓａ、Ｓｂを切り替えるように構成することで、簡単にボロメータ素子の温度制御を行うことができる。
【００４８】
本実施例の赤外線撮像装置は、チップと熱別分離されているボロメータ素子に電流を流すことで、直接ボロメータ素子を発熱させて温度を制御する。ボロメータ素子の熱容量は、チップに比べて非常に小さく、ボロメータ素子のチップに対する熱伝導率は、チップのパッケージに対する熱伝導率より非常に小さい。したがって、発熱に要する消費電力を抑えることができる。
【００４９】
また、ボロメータ素子の温度制御に関し、電流ミラー源回路１４が出力するキャンセラ電圧Ｖｃを用い、電源ＶＤＤ及び電源ＶＤＤに接続するスイッチ回路９ａ〜９ｄのみの簡単な構成で、スイッチング動作によってボロメータ素子の自己発熱を制御する。このため、別途、温度モニタ用のボロメータ素子や基板加熱用のヒーター素子、ヒーター素子の電流を制御する回路が不要であり、回路の小面積化が実現可能である。
【００５０】
さらに、基板から熱分離されたボロメータ素子の温度を一定に保つために、同じく熱分離されており、かつ入射赤外線に対して感度がない遮光構造のボロメータ素子の温度をモニタする。これにより、ボロメータ素子の自己発熱成分などの基板との温度差が考慮され、入射赤外線による温度変化の無いボロメータ温度を一定に保つことができる。したがって、入射赤外線の信号成分を精度良く検出することができる。
【００５１】
なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
１  センサアレイ
２ａ、２ｂ、１５ａ、１５ｂ  画素
３  ボロメータ素子
４  スイッチ素子
５  垂直シフトレジスタ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、１３ａ、１３ｂ  配線
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、１２  スイッチ回路
８  読み出し回路
１１  水平シフトレジスタ
１４  電流ミラー源回路
１６  自己発熱制御回路
１９  バイアスキャンセル回路
２０  ＤＣ補正回路
２１  積分回路
Ｃ１  容量素子
ＣＭＰ１  コンパレータ
ＩＮＶ１  インバータ回路
ＭＮ１、ＭＮ２  ＮＭＯＳトランジスタ
ＭＰ１  ＰＭＯＳトランジスタ
ＮＯＲ１、ＮＯＲ２  ＮＯＲ回路
ＯＰ１  オペアンプ
Ｒ１、Ｒ２  抵抗素子
【図１】
2010283514.tif 000003
【図２】
2010283514.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010283514.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010283514.tif 000008