(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電流を所定の電流値にして流す定電流源と、
２端子素子であって、その２端子素子間は可電流性であり、電流量に依存して２端子間の電位差を発生させる素子で構成される赤外線センサーと、
前記赤外線センサーと同一の構造を持つダミーセンサーと、
赤外線センサー用カレントミラー対を構成する第１トランジスタ及び第２トランジスタと、
電源と前記第２トランジスタの間に直列接続される赤外線センサー用抵抗と、
ダミーセンサー用カレントミラー対を構成する第３トランジスタ及び第４トランジスタと、
電源と前記第４トランジスタの間に直列接続されるダミーセンサー用抵抗と、を備え、
前記定電流源は前記赤外線センサーと前記ダミーセンサーに電流を供給し、
前記赤外線センサー用カレントミラー対の前記第１トランジスタは前記赤外線センサーと接地電位間に配置され、前記第２トランジスタは前記第１トランジスタに流れる電流に比例した電流を流し、
前記ダミーセンサー用カレントミラー対の前記第３トランジスタは前記ダミーセンサーと接地電位間に配置され、前記第４トランジスタは前記第３トランジスタに流れる電流に比例した電流を流し、
前記第２トランジスタと前記赤外線センサー用抵抗の間の端子を赤外線センサー出力端子とし、前記第４トランジスタと前記ダミーセンサー用抵抗の間の端子をダミーセンサー出力端子とし、
前記定電流源はデプレッション型ＭＯＳトランジスタからなる第６トランジスタを備え、
前記赤外線センサー用抵抗に替えて第７トランジスタが配置され、
前記ダミーセンサー用抵抗に替えて第８トランジスタが配置されており、
前記第７トランジスタ及び前記第８トランジスタは同一構造で形成され、前記第７トランジスタのゲート及び前記第８トランジスタのゲートに同一の電圧が印加され、
［（第６トランジスタの利得係数）／２＊（第７トランジスタの利得係数）］1/2＝１となるように第６トランジスタ、第７トランジスタ及び第８トランジスタのサイズが設定されている半導体集積回路。
【請求項２】
前記赤外線センサー及び前記ダミーセンサーは飽和結線されたＭＯＳトランジスタで構成されている請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記赤外線センサー及び前記ダミーセンサーはＰＮ接合をもつダイオードで構成されている請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記赤外線センサー出力端子の電圧と前記ダミーセンサー出力端子の電圧の差動増幅を行うための第２増幅器と、前記第２増幅器からの出力が予め設定された電圧範囲を超えたときに検出信号を出力する比較器と、をさらに備えた請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を受光又は放出することで発生する熱によって特性が変化するデバイスからなる赤外線センサーを備えた半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
広く一般的に流通している生体検知センサーは、人体等の生体が発生する赤外線を検知することで生体を検知している。焦電型赤外線センサーが赤外線人感検知センサーとしての感度が大きいため一般的に使用されているが、焦電型赤外線センサーを小型化して使用することは焦電型赤外線センサーのデバイス上の構造より困難である。したがって半導体集積回路に赤外線センサーを構成することでセンサー本体の小型化の試みがなされている。また、赤外線センサーと周辺信号処理回路を同一半導体基板上に集積できることも小型化にとって大きなメリットとなる。
【０００３】
図１（Ａ）に図示されたように、赤外線センサーＭ１の具体的な構成は、例えばダイオード接続されたＮチャネルトランジスタから成る。センサーＭ１には定電流源Ｉ１１から周囲温度に対して温度特性を持たない電流が与えられている。非検出物体の温度がセンサーＭ１が集積された半導体基板温度よりも高い場合、非検出物体からセンサーＭ１に赤外線が照射される。これによりセンサーＭ１自体が暖められることによってセンサーＭ１のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓの変化を信号として検知する。逆に非検出物体の温度がセンサーＭ１が集積された半導体基板温度よりも低い場合、センサーＭ１から非検出物体に向けて赤外線が放出される。これによりセンサーＭ１自体の温度が低下することでセンサーＭ１のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓの変化を信号として検知する。
飽和結線されたＮチャネルトランジスタからなるセンサーＭ１は、図１（Ｂ）に示すように、ダイオードＤ１に置き換えることもできる。詳細は例えば特許文献１に記述されている。
【０００４】
図２は、ダイオード接続されたＮチャネルトランジスタからなる赤外線センサーＭ１に赤外線が照射されたときの出力端子ＯＵＴ１１の電圧を描いたものである。図２で、縦軸は直流電圧を示し、横軸は時間を示す。
実線２１はセンサーの周囲温度が２５℃、非検出物体の表面温度が８０℃の条件での出力端子ＯＵＴ１１の電圧変化を描写したものである。実線２２はセンサーの周囲温度が５０℃、赤外線照射物体の表面温度が８０℃の条件での出力端子ＯＵＴ１１の電圧変化を描写したものである。
図２に示されたように、センサーデバイスの周囲温度によって直流電圧レベルが大きく変動することが本センサーの特徴である。
【０００５】
また、センサーからの信号は数十μＶ（マイクロボルト）程度であるから、通常は１０００倍〜１００００倍程度の信号増幅を行なう必要があるが、信号成分から直流電圧成分を除去しないと増幅後の信号が電源又はＧＮＤ電位に張り付いてしまう。したがって、信号を増幅するときに信号成分から直流電圧成分を除去する必要がある。
【０００６】
図３は、信号成分から直流電圧成分を除去する信号増幅回路構成例を示す回路図である。
図３に示された信号増幅回路は、赤外線センサーとして使用する飽和結線されたＮチャネルトランジスタＭ３１と、赤外線を受光しないダミーセンサーとして使用する飽和結線されたＮチャネルトランジスタＭ３２と、赤外線センサーの信号を増幅するための増幅器Ａ３１と、センサーＭ３１，Ｍ３２に定電流を供給するための定電流回路Ｉ３１と、増幅器Ａ３１の出力電圧を微分かつ出力電圧の直流電圧レベルを電圧Ｖｂに合わせるためのハイパスフィルター回路ＨＰＦ３１と、ハイパスフィルター回路ＨＰＦ３１の出力から現れた信号を増幅するための増幅器Ａ３２と、帯域制限をすることで雑音電圧を抑えるためのローパスフィルターＬＰＦ３１と、検出上限電圧Ｖｃ１及び検出下限電圧Ｖｃ２であるウインドウコンパレータを構成するコンパレータＣ３１，Ｃ３２と、コンパレータＣ３１とコンパレータＣ３２の論理和をとるためのＯＲ回路ＯＲ３１から構成される。
【０００７】
図４は、赤外線センサーに赤外線が照射されたときに各ノードの電圧がどのように遷移するかを描写したものである。図４で、（Ａ）は図３のノードＮ３１，Ｎ３２の電圧変化を示す。（Ｂ）はノードＮ３３，Ｎ３４の電圧変化を示す。（Ｃ）はノードＮ３４の電圧変化と検出上限電圧Ｖｃ１及び検出下限電圧Ｖｃ２の電圧レベルを示す。（Ｄ）はノードＮ３４の電圧変化を示す。図４の各図で、縦軸は直流電圧を示し、横軸は時間を示す。
【０００８】
図４（Ａ）に示すように、赤外線センサーＭ３１が赤外線を受光すると、ノードＮ３１の電圧が下がる。ダミーセンサーＭ３２には赤外線が照射されないので、ノードＮ３２の電圧は変化しない。
【０００９】
図４（Ｂ）に示すように、増幅器Ａ３１によって赤外線センサーＭ３１（ノードＮ３１）の出力電圧が増幅されてノードＮ３３に出力される。増幅器Ａ３１（ノードＮ３３）の出力電圧は、ハイパスフィルター回路ＨＰＦ３１によって、微分され、かつ直流電圧レベルが電圧Ｖｂに合わせられた後、増幅器Ａ３２によって増幅されてノードＮ３４に出力される。
【００１０】
図４（Ｃ）に示すように、増幅器Ａ３２（ノードＮ３４）の出力電圧は、ローパスフィルターＬＰＦ３１を介して雑音電圧が低減された後、ウインドウコンパレータを構成するコンパレータＣ３１，Ｃ３２に入力され、検出上限電圧Ｖｃ１及び検出下限電圧Ｖｃ２と比較される。
【００１１】
図４（Ｄ）に示すように、ＯＲ回路ＯＲ３１によってコンパレータＣ３１，Ｃ３２の論理和がとられ、ノードＮ３５に検知信号が出力される。
このように、同一の構成をもつ赤外線センサーＭ３１とダミーセンサーＭ３２の出力電圧を増幅器Ａ３１にて減算増幅する構成をとることによって、赤外線センサーＭ３１から出力される信号成分のみを増幅することが可能になった。
【００１２】
しかしながら、赤外線センサーＭ３１とダミーセンサーＭ３２の直流電圧出力成分は、図２に示したように、周囲温度が高くなるにつれて小さくなる。つまり、広い周囲温度範囲にて図３に示された信号増幅回路の動作の使用を保証する場合、増幅器Ａ３１の入力可能電圧範囲を要求された周囲温度範囲に対応できるように広げる必要がある。
一方、増幅器Ａ３１は、図５に示されたように、Ｎチャネル入力トランジスタ又はＰチャネル入力トランジスタをもつ全差動形式の増幅器が想定され、抵抗Ｒ５１又は抵抗Ｒ５２をトリミングすることによって入力オフセット電圧を補正し使用することが考えられる。しかし、単チャネルトランジスタ入力では入力可能電圧範囲がおのずと制限されてしまう。入力可能電圧を広げる場合はＲａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌ構成をとる必要があり、増幅器Ａ３１を複雑化かつ大面積化しなければいけない。ここで、周囲温度に依存しない赤外線センサーを構成することができれば、増幅器Ａ３１の入力電圧を広げる必要がなくなり、増幅器Ａ３１の構成を簡単化できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、従来技術では、赤外線センサーの直流出力電圧が周囲温度に依存して大きく変動してしまい、後段の増幅器の入力可能電圧を広く取る必要に迫られ、その増幅器の構成を複雑にせざるを得なかった。
【００１４】
本発明は、赤外線を受光又は放出することで発生する熱によって特性が変化するデバイスからなる赤外線センサーを備えた半導体集積回路において、赤外線センサーの直流電圧出力成分が周囲温度に依存しない構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかる半導体集積回路は、電源から供給される電流を所定の電流値にして流す定電流源と、２端子素子であって、その２端子素子間は可電流性であり、電流量に依存して２端子間の電位差を発生させる素子で構成される赤外線センサーと、上記赤外線センサーと同一の構造を持つダミーセンサーと、赤外線センサー用カレントミラー対を構成する第１トランジスタ及び第２トランジスタと、電源と上記第２トランジスタの間に直列接続される赤外線センサー用抵抗と、ダミーセンサー用カレントミラー対を構成する第３トランジスタ及び第４トランジスタと、電源と上記第４トランジスタの間に直列接続されるダミーセンサー用抵抗と、を備えている。上記定電流源は上記赤外線センサーと上記ダミーセンサーに電流を供給する。上記赤外線センサー用カレントミラー対の上記第１トランジスタは上記赤外線センサーと接地電位間に配置され、上記第２トランジスタは上記第１トランジスタに流れる電流に比例した電流を流す。上記ダミーセンサー用カレントミラー対の上記第３トランジスタは上記ダミーセンサーと接地電位間に配置され、上記第４トランジスタは上記第３トランジスタに流れる電流に比例した電流を流す。上記第２トランジスタと上記赤外線センサー用抵抗の間の端子が赤外線センサー出力端子を構成し、上記第４トランジスタと上記ダミーセンサー用抵抗の間の端子がダミーセンサー出力端子を構成する。
ここで、定電流源に電流を供給する電源、第２トランジスタに電流を供給する電源、及び第４トランジスタに電流を供給する電源は、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００１６】
本発明の半導体集積回路において、上記赤外線センサー及び上記ダミーセンサーは飽和結線されたＭＯＳトランジスタで構成されている例を挙げることができる。
上記赤外線センサー及び上記ダミーセンサーはＰＮ接合をもつダイオードで構成されていてもよい。
【００１７】
本発明の半導体集積回路において、上記定電流源は、電源と設置電位の間に直列接続された第５トランジスタ及び定電流源用抵抗と、上記第５トランジスタと上記定電流源用抵抗の間の電圧と基準電圧が等しくなるように上記第５トランジスタの駆動を制御する増幅器を備えているようにしてもよい。この態様において、上記赤外線センサー用抵抗と上記ダミーセンサー用抵抗は、互いに同じ抵抗値をもち、かつ上記定電流源用抵抗と同じ温度係数をもっている。
【００１８】
また、本発明の半導体集積回路において、上記定電流源はデプレッション型ＭＯＳトランジスタからなる第６トランジスタを備え、上記赤外線センサー用抵抗に替えて第７トランジスタが配置され、上記ダミーセンサー用抵抗に替えて第８トランジスタが配置されているようにしてもよい。この態様において、上記第７トランジスタ及び上記第８トランジスタは同一構造で形成され、上記第７トランジスタのゲート及び上記第８トランジスタのゲートに同一の電圧が印加され、［（第６トランジスタの利得係数）／２＊（第７トランジスタの利得係数）］1/2＝１となるように第６トランジスタ、第７トランジスタ及び第８トランジスタのサイズが設定されている。
【００１９】
また、本発明の半導体集積回路において、上記赤外線センサー出力端子の電圧及び上記ダミーセンサー出力端子の電圧を増幅するための第２増幅器と、上記第２増幅器からの出力が予め設定された電圧範囲を超えたときに検出信号を出力する比較器と、をさらに備えているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体集積回路は、定電流源と、同一構造の赤外線センサー及びダミーセンサーと、赤外線センサー用カレントミラー対を構成する第１トランジスタ及び第２トランジスタと、電源と第２トランジスタの間に直列接続される赤外線センサー用抵抗と、ダミーセンサー用カレントミラー対を構成する第３トランジスタ及び第４トランジスタと、電源と第４トランジスタの間に直列接続されるダミーセンサー用抵抗と、を備え、第２トランジスタと赤外線センサー用抵抗の間の端子が赤外線センサー出力端子を構成し、上記第４トランジスタと上記ダミーセンサー用抵抗の間の端子がダミーセンサー出力端子を構成するようにしたので、周囲温度変化によって直流電圧が変動しない電圧を赤外線センサーの出力として扱うことができ、後段に続く増幅器の入力可能電圧を大きくとる必要がなく、その増幅器の構成を単純にできる。
【００２１】
本発明の半導体集積回路において、定電流源は、電源と設置電位の間に直列接続された第５トランジスタ及び定電流源用抵抗と、第５トランジスタと定電流源用抵抗の間の電圧と基準電圧が等しくなるように第５トランジスタの駆動を制御する増幅器を備え、赤外線センサー用抵抗とダミーセンサー用抵抗は、互いに同じ抵抗値をもち、かつ定電流源用抵抗と同じ温度係数をもっているようにすれば、赤外線センサー出力端子の電圧とダミーセンサー出力端子の電圧を周囲温度変化に起因して変動しないようにすることができる。
【００２２】
また、本発明の半導体集積回路において、定電流源はデプレッション型ＭＯＳトランジスタからなる第６トランジスタを備え、赤外線センサー用抵抗に替えて第７トランジスタが配置され、ダミーセンサー用抵抗に替えて第８トランジスタが配置されているようにしてもよい。この態様において、第７トランジスタ及び第８トランジスタは同一構造で形成され、第７トランジスタのゲート及び第８トランジスタのゲートに同一の電圧が印加され、［（第６トランジスタの利得係数）／２＊（第７トランジスタの利得係数）］1/2＝１となるように第６トランジスタ、第７トランジスタ及び第８トランジスタのサイズが設定されているようにすれば、赤外線センサー出力端子の電圧とダミーセンサー出力端子の電圧を周囲温度変化に起因して変動しないようにすることができる。
【００２３】
また、本発明の半導体集積回路において、赤外線センサー出力端子の電圧及びダミーセンサー出力端子の電圧を増幅するための第２増幅器と、第２増幅器からの出力が予め設定された電圧範囲を超えたときに検出信号を出力する比較器と、をさらに備えているようにすれば、生体検知センサー等の熱源検知センサーに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】赤外線センサーを構成するデバイスの例を説明するための回路図であり、（Ａ）はＭＯＳトランジスタからなる赤外線センサー、（Ｂ）はダイオードからなる赤外線センサーを示す。
【図２】ダイオード接続されたＮチャネルトランジスタからなる赤外線センサーに赤外線が照射されたときの出力端子の電圧波形を説明するための図である。
【図３】赤外線センサーの出力信号成分から直流電圧成分を除去するための信号増幅回路構成例を説明するための回路図である。
【図４】図３の回路で赤外線センサーに赤外線が照射されたときに各ノードの電圧波形を説明するための図であり、（Ａ）はノードＮ３１，Ｎ３２の電圧変化、（Ｂ）はノードＮ３３，Ｎ３４の電圧変化、（Ｃ）はノードＮ３４の電圧変化と検出上限電圧Ｖｃ１及び検出下限電圧Ｖｃ２の電圧レベル、（Ｄ）はノードＮ３４の電圧変化を示す。
【図５】全差動形式の増幅器の回路構成例を説明するための回路図である。
【図６】一実施例を説明するための回路図である。
【図７】図６に、赤外線センサーが赤外線を受光又は放出したときの電流変化量の数式及び電圧変化量の数式を加筆した回路図である。
【図８】同実施例で赤外線センサーが赤外線を受光したときの出力端子Ｖｏｕｔ６１，Ｖｏｕｔ６２の電圧変化を示す波形図である。
【図９】他の実施例を説明するための回路図である。
【図１０】図９に、赤外線センサーが赤外線を受光又は放出したときの電流変化量の数式及び電圧変化量の数式を加筆した回路図である。
【図１１】さらに他の実施例を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施例１）
図６は、一実施例を説明するための回路図である。
この実施例は、第１増幅器Ａ６１、ＮチャネルトランジスタＭ６１（第５トランジスタ）、抵抗値Ｒ0をもつ定電流源用抵抗Ｒ６１、及びカレントミラー対を構成するＰチャネルトランジスタＭ６２，Ｍ６３によって構成される定電流源Ｉ６１と、Ｎチャネルトランジスタからなる赤外線センサーＳ６１と、赤外線を受光しないが赤外線センサーＳ６１と同じ構成をもつＮチャネルトランジスタからなるダミーセンサーＳ６２と、赤外線センサー用カレントミラー対を構成するＮチャネルトランジスタＭ６４，Ｍ６５と、ダミーセンサー用カレントミラー対を構成するＮチャネルトランジスタＭ６６，Ｍ６７と、赤外線センサー用抵抗Ｒ６２と、ダミーセンサー用抵抗Ｒ６３と、赤外線センサーＳ６１の信号を増幅するための第２増幅器Ａ６２と、増幅器Ａ６２の出力電圧を微分かつ出力電圧の直流電圧レベルを電圧Ｖｂに合わせるためのハイパスフィルター回路ＨＰＦ６１と、ハイパスフィルター回路ＨＰＦ６１の出力から現れた信号を増幅するための増幅器Ａ６３と、帯域制限をすることで雑音電圧を抑えるためのローパスフィルターＬＰＦ６１と、検出上限電圧Ｖｃ１及び検出下限電圧Ｖｃ２であるウインドウコンパレータを構成するコンパレータ（比較器）Ｃ６１，Ｃ６２と、コンパレータＣ６１とコンパレータＣ６２の論理和をとるためのＯＲ回路ＯＲ６１から構成されている。
【００２６】
定電流源Ｉ６１は電源Ｖｄｄから供給される電流を電流ＩにしてセンサーＳ６１，Ｓ６２に供給する。
カレントミラー対Ｍ６２とＭ６３、Ｍ６４とＭ６５、Ｍ６６とＭ６７は、ペア同士で同じデバイスサイズ及び特性のものを備えており、各カレントミラー対で同量の電流量がコピーされる。
【００２７】
赤外線センサー用カレントミラー対のトランジスタＭ６５（第１トランジスタ）は赤外線センサーＳ６１と接地電位間に配置されている。トランジスタＭ６４（第２トランジスタ）はトランジスタＭ６５に流れる電流に比例した電流を流す。トランジスタＭ６４には電源Ｖｄｄから抵抗Ｒ６２を介して電流が供給される。
【００２８】
ダミーセンサー用カレントミラー対のトランジスタＭ６６（第３トランジスタ）はダミーセンサーＳ６２と接地電位間に配置されている。トランジスタＭ６７（第４トランジスタ）はトランジスタＭ６６に流れる電流に比例した電流を流す。トランジスタＭ６７には電源Ｖｄｄから抵抗Ｒ６３を介して電流が供給される。
【００２９】
抵抗Ｒ６２，Ｒ６３は、ともに同じ抵抗値Ｒ1をもち、かつ定電流源Ｉ６１の抵抗Ｒ６１と同じ温度係数をもつものとする。
抵抗Ｒ６２とトランジスタＭ６４の間の赤外線センサー出力端子Ｖｏｕｔ６１の電圧は増幅器Ａ６２の反転入力端子（−）に印加される。抵抗Ｒ６３とトランジスタＭ６７の間のダミーセンサー出力端子Ｖｏｕｔ６２の電圧は増幅器Ａ６２の非反転入力端子（＋）に印加される。
【００３０】
定電流源Ｉ６１において、増幅器Ａ６１の非反転入力端子に与えられた基準電圧Ｖｒｅｆは、増幅器Ａ６１、トランジスタＭ６１及び抵抗Ｒ６１によって電流値Ｖｒｅｆ／Ｒ0（電流Ｉ）に変換される。基準電圧Ｖｒｅｆは電源電圧や周囲温度によらず常に一定の電圧を出力する。トランジスタＭ６２とＭ６３はカレントミラー対を構成しているので、トランジスタＭ６１に直列接続されたトランジスタＭ６２に流れる電流Ｖｒｅｆ／Ｒ0と同一の電流がトランジスタＭ６３に流れる。
【００３１】
赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光又は放出していないとき、つまり図６の回路が構成されている半導体基板の温度と対象物の温度が同じときは、赤外線センサーＳ６１とダミーセンサーＳ６２に流れる電流はともに電流Ｉ／２で同じである。赤外線センサー用カレントミラー対を構成するトランジスタＭ６４とＭ６５によって、赤外線センサーＳ６１に流れる電流Ｉ／２と同量の電流が抵抗Ｒ６２にも流れる。同様に、ダミーセンサー用カレントミラー対を構成するトランジスタＭ６６とＭ６７によって、ダミーセンサーＳ６２に流れる電流と同量の電流Ｉ／２が抵抗Ｒ６３に流れる。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ６１，Ｖｏｕｔ６２の電位は下記（数式１）で記述できる。
【００３２】
【数１】
0005644519.tif 000002
【００３３】
赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光又は放出していなければ、センサーＳ６１とＳ６２はまったく同一のデバイス特性になるため、周囲温度が変動、つまり図６の回路が構成された半導体基板の温度が変動してもセンサーＳ６１とＳ６２には同じ電流が流れる。さらに、上記（数式１）に示されるように、抵抗Ｒ６１（抵抗値Ｒ0）とＲ６２，Ｒ６３（抵抗値Ｒ1）がもつ温度特性は打ち消される。赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光又は放出していなければ、出力端子Ｖｏｕｔ６１とＶｏｕｔ６２の電圧値は周囲温度に依存しない。
【００３４】
一方、赤外線センサーＳ６１が赤外線を放出又は受光したとき赤外線センサーＳ６１に温度変化が生じることでしきい値電圧Vth(S61)が変化する。そのときに赤外線センサーＳ６１に流れる電流の変化量∂I(S61)は、∂I(S61)＝−(2βS61I(S61))1/2∂Vth(S61)と記述できる。ここで、利得係数βS61＝(1/2)μnＣox・ＷS61／ＬS61、μnは電子移動度、ＣoxはセンサーＳ６１のゲート容量、ＷS61はゲート長、ＬS61はゲート幅である。また、∂Vth(S61)は赤外線センサーＳ６１のしきい値電圧変化量、Ｉ(S61)は赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光又は放出していないときに赤外線センサーＳ６１に流れる電流値を示している。同様に考えて、ダミーセンサーＳ６２に流れる電流の変化量∂I(S62)は、∂I(S62)＝(2βS61I(S61))1/2∂Vth(S61)である。
【００３５】
赤外線センサー用カレントミラー対を構成するトランジスタＭ６４とＭ６５によって赤外線センサーＳ６１に流れる電流と同量の電流が抵抗Ｒ６２に流れるため、赤外線センサー出力端子Ｖｏｕｔ６１の電圧変化量∂Vout61は、∂Vout61＝∂I(S61)R1＝−(2βS61I(S61))1/2∂Vth(S61)R1となる。したがって、赤外線センサー出力端子Ｖｏｕｔ６１の電圧変化量∂Vout61は赤外線センサーＳ６１のしきい値電圧変化量∂Vth(S61)の線形関数となる。また∂Vout61はβS61、I(S61)が大きいほど大きくなる。つまりβS61、I(S61)を大きくとるほど赤外線センサーとしての感度が向上することが分かる。同様に考えて、ダミーセンサー出力端子Ｖｏｕｔ６２の電圧変化量∂Vout62は、∂Vout62＝−∂I(S61)R1＝(2βS61I(S61))1/2∂Vth(S61)R1と記述できる。
図７は、赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光又は放出したときの電流変化量の数式及び電圧変化量の数式を図６の回路図に加筆した図である。
【００３６】
上記をまとめると、赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光又は放出していないとき、つまり半導体基板温度と周囲温度が同じときに、増幅器Ａ６２の入力端子に接続されている出力端子Ｖｏｕｔ６１とＶｏｕｔ６２は周囲温度によらず一定電圧を出力する。赤外線センサーが赤外線を受光又は放出したときは、出力端子Ｖｏｕｔ６１とＶｏｕｔ６２の電圧は互いに逆極性の変動を行なう。
【００３７】
図８は、赤外線センサーＳ６１が赤外線を受光したときの出力端子Ｖｏｕｔ６１，Ｖｏｕｔ６２の電圧変化を示す波形図である。
出力端子Ｖｏｕｔ６１とＶｏｕｔ６２の電圧は周囲温度によらず一定であるので、増幅器Ａ６２の入力可能電圧範囲を保証温度範囲に従って変動させる必要がないため、増幅器Ａ６２の構成を単純化できる。
【００３８】
（実施例２）
図９は、他の実施例を説明するための回路図である。
この実施例は、図６を参照して説明した実施例１に対して、抵抗Ｒ６２，Ｒ６３に替えて、ＮチャネルトランジスタＭ９８（第７トランジスタ）とＭ９９（第８トランジスタ）を備えている。トランジスタＭ９８，Ｍ９９は同一構造のエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタで形成されている。トランジスタＭ９８，Ｍ９９のゲートには所定の電圧Ｖｂ１が印加される。
【００３９】
また、この実施例は、図６を参照して説明した実施例１に対して、定電流源Ｉ６１に替えてＰチャネルトランジスタＭ９３（第６トランジスタ）を備えている。赤外線センサーＳ９１に赤外線が照射又は放出されていない場合に出力端子Ｖｏｕｔ９１とＶｏｕｔ９２の電圧温度特性をなくすことができるからである。ＰチャネルトランジスタＭ９３は、Ｖｇｓ＝０としたデプレッション型ＭＯＳトランジスタで形成されており、電流Ｉを流す定電流源として機能する。ＰチャネルトランジスタＭ９３は赤外線センサーＳ９１とダミーセンサーＳ９２に電流を供給する。トランジスタＭ９３に流れる電流Ｉ（Ｍ９３）は下記（数式２）で示される。
【００４０】
【数２】
0005644519.tif 000003
【００４１】
赤外線センサーＳ９１に赤外線が受光又は放出していない場合、トランジスタＭ９８とＭ９９にＩ（Ｍ９３）／２の電流が流れるため、トランジスタＭ９８のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ（Ｍ９８）は下記（数式３）で表現できる。
【００４２】
【数３】
0005644519.tif 000004
上記（数式３）より下記（数式４）を得る。
【数４】
0005644519.tif 000005
【００４３】
ここで、トランジスタＭ９３のしきい値電圧Ｖｔｈ（Ｍ９３）とトランジスタＭ９８のしきい値電圧Ｖｔｈ（Ｍ９８）の温度特性はおおよそ等しいとみなせるので、(βM93/2βM98)1/2＝1となるようにトランジスタＭ９３とトランジスタＭ９８のサイズを定めれば、出力端子Ｖｏｕｔ９１は周囲温度によらず一定電圧を出力する。
【００４４】
図１０は、赤外線センサーＳ９１が赤外線を受光又は放出したときの電流変化量の数式及び電圧変化量の数式を図９の回路図に加筆した図である。
図１０に示されたように、赤外線センサーＳ９１が赤外線を受光又は放出している場合、赤外線センサーＳ９１に流れる電流変化量∂Ｉ（Ｓ９１）は∂I(S91)＝−(2βS91I(S91))1/2∂Vth(S91)と記述できる。よって、出力端子Ｖｏｕｔ９１の電圧変化量∂Ｖｏｕｔ９１は下記（数式５）で表現できる。
【００４５】
【数５】
0005644519.tif 000006
【００４６】
この場合、赤外線センサーとしての感度を向上させるためには、βS91値を大きく、βM98値を小さくとればよい。
また、同様に考えて、出力端子Ｖｏｕｔ９２の電圧変化量∂Ｖｏｕｔ９２は下記（数式６）で表現できる。
【００４７】
【数６】
0005644519.tif 000007
【００４８】
このように、実施例１で使用された抵抗Ｒ６２，Ｒ６３をＭＯＳトランジスタＭ９８、Ｍ９９に置き換えた場合でも、出力端子Ｖｏｕｔ９１とＶｏｕｔ９２の電圧を周囲温度によらず一定にすることができるので、出力端子Ｖｏｕｔ９１，Ｖｏｕｔ９２の電圧が入力される増幅器の入力可能電圧範囲を保証温度範囲に従って変動させる必要がないため、その増幅器の構成を単純化できる。
【００４９】
（実施例３）
図１１は、さらに他の実施例を説明するための回路図である。
この実施例は、図９を参照して説明した実施例２に対して、ＭＯＳトランジスタからなる赤外線センサーＳ９１とダミーセンサーＳ９２に替えて、ＰＮ接合をもつダイオードからなる赤外線センサーＤ９１とダミーセンサーＤ９２を備えている。センサーＤ９１とＤ９２は同一の構造で形成されている。
ダイオードからなるセンサーＤ９１，Ｄ９２を用いた場合であっても、図９を参照して説明した実施例２と同様に、出力端子Ｖｏｕｔ９１とＶｏｕｔ９２の電圧を周囲温度によらず一定にすることができるので、出力端子Ｖｏｕｔ９１，Ｖｏｕｔ９２の電圧が入力される増幅器の入力可能電圧範囲を保証温度範囲に従って変動させる必要がないため、その増幅器の構成を単純化できる。
【００５０】
以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例における各デバイスの個数や形状、配置、回路構成等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、図６を参照して説明した実施例１において、ＭＯＳトランジスタからなる赤外線センサーＳ６１とダミーセンサーＳ６２に替えて、ＰＮ接合をもつダイオードからなり、互いに同一構造で形成された赤外線センサーとダミーセンサーを配置するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、例えば生体検知センサーや赤外線カメラ等、赤外線を受光又は放出することで発生する熱によって特性が変化する赤外線センサーをもつ半導体集積回路を備えた機器に応用される。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ６１  第１増幅器
Ａ６２  第２増幅器
Ｃ６１，Ｃ６２  コンパレータ
Ｉ６１  定電流源
Ｍ６１  第５トランジスタ
Ｍ６４，Ｍ９４  第２トランジスタ
Ｍ６５，Ｍ９５  第１トランジスタ
Ｍ６６，Ｍ９６  第３トランジスタ
Ｍ６７，Ｍ９７  第４トランジスタ
Ｍ９３  定電流源を構成する第６トランジスタ
Ｍ９８  第７トランジスタ
Ｍ９９  第８トランジスタ
Ｒ６１  定電流源用抵抗
Ｒ６２  赤外線センサー用抵抗
Ｒ６３  ダミーセンサー用抵抗
Ｓ６１，Ｓ９１，Ｄ９１  赤外線センサー
Ｓ６２，Ｓ９２，Ｄ９２  ダミーセンサー
Ｖｄｄ  電源
Ｖｏｕｔ６１，Ｖｏｕｔ９１  赤外線センサー出力端子
Ｖｏｕｔ６２，Ｖｏｕｔ９２  ダミーセンサー出力端子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開２００６−２５８５６２号公報
【図１】
0005644519.tif 000008
【図２】
0005644519.tif 000009
【図３】
0005644519.tif 000010
【図４】
0005644519.tif 000011
【図５】
0005644519.tif 000012
【図６】
0005644519.tif 000013
【図７】
0005644519.tif 000014
【図８】
0005644519.tif 000015
【図９】
0005644519.tif 000016
【図１０】
0005644519.tif 000017
【図１１】
0005644519.tif 000018