(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素がひとつの赤外線エミッタおよび前記赤外線エミッタに結合された単一の画素制御トランジスタを含む電流ミラーを備えた、２つ以上の画素回路からなるアレイと、
画素制御電圧信号に基づく電流を少なくとも第１の画素回路内の電流ミラーにルート付けする第１の電流ルータとを備える、赤外線シーンプロジェクタ。
【請求項２】
入力ノードおよび出力ノードを有する電圧−電流コンバータをさらに備え、入力ノードが画素制御電圧信号を受信し、出力ノードが画素制御電圧信号に基づく画素制御電流を前記第１の電流ルータに出力する、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記赤外線エミッタは抵抗器を備える、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記第１の電流ルータは、第１の画素回路内の電流ミラー回路に選択的に結合可能な第１の電流ミラー回路を備える、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
入力ノードおよび出力ノードを有し、入力ノードが画素制御電圧信号を受信し、出力ノードが画素制御電圧信号に基づいて画素制御電流を出力する電圧−電流コンバータと、
各画素がひとつの赤外線エミッタと、前記電圧−電流コンバータの出力ノードに結合可能な単一の画素制御トランジスタを含むひとつの電流ミラーとを備え、２つ以上の画素回路からなるアレイと、
を備える赤外線シーンプロジェクタ。
【請求項６】
画素回路外において、画素制御電圧を制御電流に変換するステップと、
制御電流に基づく電流を各画素回路における単一の画素制御トランジスタを含むひとつの電流ミラー回路にルート付けするステップと、
ルート付けられた電流に基づく電流を各画素回路内のひとつの赤外線エミッタに供給するステップとを含む、
赤外線画素アレイにおいて画素強度信号を転送または処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】                            技術分野
本発明は、画像投影アレイまたはシーン投影アレイに関し、詳細には、赤外線シーンプロジェクタおよび関連する制御電子回路に関する。
【０００２】                          発明の背景
シーンプロジェクタは、デジタルスライドプロジェクタに類似して、入力電気信号に基づいて画像を生成する装置である。赤外線シーンプロジェクタは、特定の部類に属するシーンプロジェクタであり、電磁波エネルギースペクトルの赤外線部分において画像を生成する。この種類のシーンプロジェクタは、赤外線放出特性または熱発生特性に基づいて、敵のミサイルなどの対象物体を識別し追尾する、赤外線監視誘導装置を試験する際に有用である。
【０００３】  一般に、赤外線シーンプロジェクタは、電気入力信号を所望の熱画像または赤外線画像に変換する熱画素アレイを備える。一般に、熱画素アレイは、相互に接続された何百もの赤外線画素の方形アレイであり、各画素は、アレイ内において固有の行位置および列位置を有する。各画素は、プラスの電圧端子と接地電圧端子の間に結合された画素制御トランジスタおよび抵抗を有し、入力電圧の大きさに基づいて、入力電圧を対応する熱量または熱エネルギー量に変換する。したがって、入力電圧を精密に制御することにより、各画素の赤外線放出を制御し、それによって、所望の特徴を備えた赤外線画像を規定する。
【０００４】  従来型赤外線シーンプロジェクタに関する問題の１つは、通常の熱画素アレイにおいて、各画素における赤外線放出をどれだけ精密に指定できるかということに関係している。具体的には、熱画素アレイは大電流で動作する。この大電流が、接地端子（接地バス）を通って流れ、アレイ全体に分配されるので、（接地端子の電気抵抗と電流の大きさに基づく）大電圧が、接地端子に沿って様々な場所で発生する。このため、理想的には一定である接地電圧が、実際には、接地端子上の場所ごと、したがって、画素ごとに変動することになる。したがって、それぞれの画素は、接地端子への接続点に基づく、特有の接地電圧をもつことになる。このため、たとえば、アレイ内の２つの画素に同じ画素制御電圧を印加しても、所望のとおりに２つの同じ赤外線放出を生じず、その代わりに、それらの画素特有の接地電圧に基づいて、２つの著しく異なる赤外線放出を生じることになるはずである。
【０００５】  従来、この問題に対処するために２つの手法がとられてきた。手法の１つでは、各画素における接地電圧を推定し、各画素ごとに画素制御電圧を調整して、その画素における特定の接地電圧を補償する必要がある。もう一方の手法では、各画素制御トランジスタにバイアスをかけてその飽和領域で動作させるとともに、接地バスの抵抗を最小にし、それによって、画素が接地電圧の影響を受けにくくする必要がある。しかし、この接地電圧が変動する問題を克服することに関して、どちらの手法も完全にはうまくいっていない。全く同じ画素制御電圧を使用しても、画素の明るさは、依然として、赤外線画素アレイ全体にわたって著しく変動するからである。
【０００６】  したがって、赤外線画素アレイにおけるこの接地変動問題に対するより望ましい解決策が依然として求められている。
発明の概要
上記その他の問題に対処するために、本発明者は、革新的な赤外線画素アレイおよび関連する制御方法だけでなく、それらを組み込んだ赤外線シーンプロジェクタも考案した。赤外線画素アレイの一例は、２つ以上の画素を備え、各画素が、抵抗および独自の電流ミラー回路を有するものである。関連する制御方法は、画素制御電圧を受け取るステップと、画素制御電圧を電流に変換するステップと、次いで、この電流を画素の１つ内の電流ミラー回路に結合するステップとを含むものである。電流ミラーが適切な制御電流を抵抗器に供給し、それによって、接地電圧の変動に依存しない画素の動作が可能になる。
【０００７】                    好ましい実施形態の説明
以下の詳細な説明は、図１および２を参照し組み込んだものであり、本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を記載し例示するものである。これらの実施形態は、本発明を限定するのではなく例示し教示するために示したものにすぎず、当業者が本発明を実装または実施できるように十分に詳しく示され説明されている。したがって、本発明が不明瞭になるのを避けるために必要ならば、当業者には周知のある種の情報の説明は割愛することがある。
【０００８】  図１に、本発明の教示を組み込んだ熱画素アレイ１００の一例の代表部分を示す。（見やすいように、図では、従来の機能、たとえば、行選択論理回路、列選択論理回路、タイミング／制御回路、およびアナログ−デジタルコンバータは割愛する。）供給ノード１０２および１０４、画素制御電圧入力、行選択入力、１対の相補形列選択入力のそれぞれに加えて、アレイ１００は、少なくとも１つの入力用電圧−電流コンバータ１１０、少なくとも１つの電流ルータ１２０、少なくとも１つの画素回路１３０を備える。
【０００９】  概略動作においては、電圧−電流コンバータ１１０が、画素制御電圧入力において画素制御電圧を受け取り、この画素制御電圧に基づく画素制御電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌを電流ルータ１２０に出力する。電流ルータ１２０は、この実施形態の例では画素回路１３０の外に配置されており、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌを特定の画素回路、たとえば、画素回路１３０に送る。電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌは、より精確には、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌから得られる制御電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’である。画素回路１３０は、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’を受け取り、対応する熱放出を生じる。この熱放出は、その画素における接地電圧に依存しないものとなる。（一部の実施形態では、２つ以上の画素回路が、同じアドレスを共有し、一般に同じ制御電圧および制御電流に基づいて動作する）。
【００１０】  より具体的には、電圧−電流コンバータ１１０は、２つのＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）１１２および１１４を備え、それぞれのＭＯＳＦＥＴは、３つのノードまたは領域、すなわち、ゲートと呼ばれる制御領域と、それぞれソース、ドレインと呼ばれる２つの被制御領域を有する。（本明細書では、ノード名とその後に続くトランジスタ自体の参照数字を使用して、トランジスタの特定のノードまたは領域を指すものとする。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ１１２は、ゲート１１２、ソース１１２、およびドレイン１１２を有する。見やすいように、図面では、これらの追加の参照番号は割愛する）。ＭＯＳＦＥＴ１１２、１１４はともに、縦横比が１０：２０のチャネルを有し、並列に接続される。すなわち、ゲート１１２と１１４、ドレイン１１２と１１４、ソース１１２と１１４がそれぞれ互いに接続される。ソース１１２、１１４はさらに、供給ノード１０４に接続される。ゲート１１２と１１４を接続することによって画素制御電圧入力が形成され、ドレイン１１２と１１４を接続することによってコンバータ出力が形成され、コンバータは、このコンバータ出力を介して画素制御電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌを電流ルータ１２０に出力する。
【００１１】  電流ルータ１２０は、例えば３個のＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１２２、１２４、および１２６と、トランスミッションゲート１２８を備える。ＭＯＳＦＥＴ１２２、１２４、および１２６のすべてが、例えば縦横比が６０：５のチャネルを有し、２：１の電流ミラーを構成する。ソース１１２、１２４、１２６はプラスの供給ノード１０２に接続され、ゲート１２２、１２４は互いに接続されるとともに、ドレイン１２２、１２４にも接続される。（実施形態の例では、２：１の電流ミラーを使用するが、他の実施形態では、利得がそれよりも低いまたは高い電流ミラーを使用する）。ゲート１２６はドレイン１２４に接続され、ドレイン１２６はトランスミッションゲート１２８の入力１２８ａに接続される。トランスミッションゲート１２８は、相補形制御ノード１２８ｂおよび１２８ｃを備え、ノード１２８ｂおよび１２８ｃはそれぞれ、マイナスの列選択入力およびプラスの列選択入力に結合される。出力１２８ｄは、これらの列選択入力に適切な信号を印加することによって、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌを倍率変更したもの、すなわち、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’を画素１３０に伝達する。
【００１２】  画素１３０は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１３１、１３２、１３３および１３４と、コンデンサ１３５と、エミッター抵抗器１３６とを備える。ＭＯＳＦＥＴ１３１、１３３は、例えば比が１０：２であるチャネルを有し、ＭＯＳＦＥＴ１３２、１３４は、それぞれ比が１０：２０と７：５であるチャネルを有する。ドレイン１３１は、画素１３０の入力として機能し、トランスミッションゲート１２８の出力１２８ｄに接続されて、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’を受け取る。ゲート１３１は行選択入力に接続され、ソース１３１は、ゲート１３２、ドレイン１３２、ドレイン１３３に接続される。ソース１３２は接地ノード１０４に接続され、ゲート１３３はゲート１３１を介して行選択入力に接続される。ドレイン１３３は、ゲート１３４と、コンデンサ１３５の第１コンデンサノード１３５ａに接続される。コンデンサ１３５は、この実施形態の例では、１ピコファラッドのコンデンサである。ＭＯＳＦＥＴ１３４のソースは第２コンデンサノード１３５ｂに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１３４のドレインはエミッター抵抗器１３６を介してプラスの供給ノード１０２に接続される。
【００１３】  具体的な動作においては、画素１３０が、ドレイン１３１において電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’を受け取る。行選択入力における活動電圧または高電圧は、ゲート１３１、１３２に接続されており、スイッチとして機能するＭＯＳＦＥＴ１３１、１３３をオンにする。それに応答して、ＭＯＳＦＥＴ１３１は、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’をダイオード接続トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ１３２に導通させ、ＭＯＳＦＥＴ１３３は、ドレイン１３２をコンデンサノード１３５ａとゲート１３４に結合する。ＭＯＳＦＥＴ１３２は、電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’を導通させ、コンデンサ１３５の両端間に対応する制御電圧を生成する。ＭＯＳＦＥＴ１３２、１３４が電流ミラーを形成する。したがって、画素制御トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ１３４が、エミッター抵抗器１３６を通して電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌ’を引き出す。エミッター抵抗器１３６が、対応する熱放出を生じ、この熱放出は、画素における接地電圧に依存しないものとなる。コンデンサ１３５の両端間の制御電圧がコンデンサを充電して、ＭＯＳＦＥＴ１３４が導通を継続することを可能にし、行選択入力を表明解除した後、抵抗器１３６がある期間放出継続することを可能にする。
【００１４】  特に、例示的実施形態は、２つの電流ミラー回路を備えており、一方は電流ルータ１２０内、もう一方は画素１３０内にある。しかし、一部の他の実施形態では、１つの電流ミラー回路を使用することもでき、この場合、電流ミラーの入力トランジスタはアレイおよび出力トランジスタの外に配置される。出力トランジスタとは、アレイ内に配置される画素制御トランジスタである。この代替構成は、例示的実施形態に比べてそれほど望ましいものではない。電流ではなく電圧を画素にルート付けする低精度の動作が必要となるばかりでなく、送られた電圧はやはり接地を基準にしているので、依然として局部接地電圧に依存した熱放出が生じるからである。さらに、電流ミラーの入力および出力トランジスタを分割することによって、より大きな不整合を導入することになる。
【００１５】  図２に、例示的赤外線シーンプロジェクタ２００を示す。プロジェクタ２００は、シーン生成ユニット、熱画素アレイ２２０、および光学ユニット２３０を備える。シーン生成ユニット２２０は、たとえば、１つまたは複数の従来型プロセッサ、シーン生成プログラム、シーン定義ファイル、アナログ−デジタルコンバータ、およびインターフェース／制御論理回路を有し、画素アレイ制御データ２１２を生成する。例示的実施形態では、制御データ２１２は、１つまたは複数の画素アドレスおよび画素制御電圧を含み、熱画素アレイ２２０の動作を制御する。
【００１６】  アレイ２２０には、例示的画素アレイ１００から１つまたは複数の教示が組み込まれている。例示的実施形態の例では、アレイ２２０は、１つまたは複数の１２８×１２８アレイを備え、各アレイは、８個の電圧−電流コンバータ１１０と、８個の電流ルータ１２０と、１６，３８４個の画素回路１３０にアドレスし電流をルート付ける関連するマルチプレクサとを有する。しかし、他の実施形態では、これ以外の個数、すなわち、それより少ないまたは多い個数のアレイを備える。制御データ２１２に応答して、アレイ２２０は、熱放出２２２の形で第１熱画像を生成する。熱放出２２２は、光学ユニット２３０を介して熱放出２３２の形で出力熱画像に変換される。
【００１７】                              結論
当技術を促進するために、発明者は、革新的な赤外線画素アレイおよび関連する制御方法だけでなく、それらを組み込んだ赤外線シーンプロジェクタも提示した。例示的赤外線画素アレイは、２つ以上の画素を有し、各画素は、抵抗と画素独自の電流ミラー回路とを有する。関連する制御方法は、画素制御電圧を受け取るステップと、画素制御電圧を電流に変換するステップと、次いで、その電流を画素の１つ内の電流ミラー回路に結合するステップとを含むものである。この電流ミラーが適切な制御電流を抵抗に印加し、それによって、接地電圧変動に依存しない画素の動作が可能になる。
【００１８】  上述の実施形態は、本発明を実施または実装する１つまたは複数の方法を例示し教示しているにすぎず、本発明の広さおよび範囲を制限するためのものではない。本発明の範囲は、本発明の原理を実施または実装するすべての方法を包含するものであり首記の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による教示を組み込んだ熱画素アレイ１００の一例の部分概略図である。
【図２】  本発明による教示を組み込んだ赤外線シーンプロジェクタ２００の一例のブロック図である。
【図１】
0005535421.tif 000002
【図２】
0005535421.tif 000003